Автореферат (1150228), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При рН рНиэт гидрозоль SiO2 заряженотрицательно, наблюдается рост отрицательного значения - потенциала, прирН = рНиэт происходит перезарядка поверхности, при рН рНиэт частицы SiO2 имеютнебольшой положительный потенциал.3.2. Изучение агрегативной устойчивости золей3.2.1. Исследование коагуляции золя SiO2 («Monospher 250»)в растворахNаCl при рН 2.0.Результаты исследования агрегативной устойчивости золя SiO2 при рН = 2.0 вотсутствие NaCl и в растворах NaCl представлены на рис. 3 в виде зависимостейобратной численной концентрации частиц (1/n) от времени наблюдения (t).Пунктирная линия соответствует быстрой коагуляции по Смолуховскому.
Видно,что рост концентрации NaCl приводил к возрастанию скорости коагуляции, котораяпри концентрации NaCl 1М соответствует скорости быстрой коагуляции поСмолуховскому. В отсутствие NaCl экспериментально установленный факторустойчивости (Wэксп) составлял Wэксп = 6.0±0.5, факторы устойчивости в 0.05М и0.15М растворах NaCl были равны Wэксп = 3.0±0.3 и Wэксп = 2.5±0.3, соответственно.Следует отметить, что при рН 2 исследуемый золь положительно заряжен. Расчётысуммарной кривой энергии парного взаимодействия частиц SiO2 от расстояниямежду ними при рН 2.0 (без добавления NaCl), а также факторов устойчивости прикоагуляции в первичном и вторичном потенциальных минимумах, проводили безучёта и с учётом структурной компоненты при варьировании параметраинтенсивности К и корреляционной длины l.
Эти результаты приведены в табл. 1.Как следует из таблицы 1 в отсутствие электролита фактор устойчивости прибарьерной коагуляции, рассчитанной по теории ДЛФО, составляет W1 = 9.4, что7значительно отличается от наблюдаемого экспериментального (6,0). В случаебезбарьерной коагуляции W2 = 4.4, что существенно ниже чем наблюдаемыйэкспериментальный. Наблюдаемое различие может быть объяснено неучетомструктурной составляющей (Vs) энергии взаимодействия частиц, обусловленнойналичием и перекрытием граничных слоев воды, окружающих частицы.
Учет Vs приK = 1×106 Дж/м3 и l = 2,2 – 2,4 нм делает значение W2 соответствующимэкспериментальному. Аналогичные расчеты были проведены и при другихконцентрациях NaCl.Рис. 3. Зависимости обратнойчисленной концентрации частицSiO2 от времени наблюдения врастворах NaCl (M): 1 – 0; 2 – 0,05;3 – 0,15;4 – 1.0.рН = 2,0. Пунктирнаялиниясоответствует быстрой коагуляциипо Смолуховскому.Табл. 1. Некоторые параметры суммарной зависимости энергии парноговзаимодействия частиц от расстояния при рН = 2.0 (без добавления NaCl).Wэксп = 6.0±0.5.Параметры Vsh,нмh,нм-Vmin/кТW1l,нм–6.82.10.2517.49.41.821.010.980.2916.2>108132.90.50.2915.72248.10.270.241901>10102.4389.50.270.1823.12.35380.50.30.1623.12.21.3 1030.330,1823.50.90.919.090.740.2915.7>107Г- фактор агрегации(«мощность» дальней потенциальной ямы)6K10 ,Дж/м300.15Vмах/кТW2Г4.43.93.84.66.00.880.880.880.860.830.880.830.886.03.83.2.2.
Исследование коагуляции золя SiO2 («Monospher 250») в растворахNаCl при рН 3.0Агрегативную устойчивость золя SiO2 при рН = 3.0 изучали в отсутствие NaClи в – 0.05М, 0.15М и 1.0 М растворах NaCl. Результаты изучения кинетики агрегациизоля SiO2 приведены на рис. 48.Рис 4. Зависимость обратнойчисленной концентрации частицSiO2 от времени наблюдения врастворах NaCl (M): 1 – 0;2 – 0.05; 3 – 0.15; 4 – 1.0 прирН = 3.0. Пунктирная линиясоответствуетпротеканиюбыстройкоагуляциипоСмолуховскому.Видно, что в отсутствие добавленного электролита золь практически устойчив(прямая 1). В 0.05М и 0.015 М растворах NaCl в золе SiO2 протекает медленнаякоагуляция, а в 1 М растворе NaCl – интенсивная коагуляция, скорость которойблизка к теоретически рассчитанной по Смолуховскому.Для рН 3.0 в отсутствие добавленного электролита и для 0.05 и 0.15 Мрастворов NaCl были построены суммарные зависимости энергии парноговзаимодействия частиц золя SiO2 от расстояния.
Результаты расчета по классическойи обобщенной теории ДЛФО в отсутствие добавленного электролита и приСNaCl=0.05М представлены в табл. 2. При этом использовались как литературныезначения параметров структурной составляющей энергии взаимодействия частицSiO2, так и варьируемые значения К и l. В последнем случае преследовалась цельустановления параметров изотермы Vs(h), позволяющих прийти к оптимальномусогласию расчетных и экспериментально установленных факторов устойчивостизоляВ табл. 2 приведены также значения факторов устойчивости золя прикоагуляции как в первичном (ближнем) потенциальном минимуме при преодолениибарьера отталкивания – W1, так и во вторичном (дальнем) потенциальномминимуме – W2.Как следует из таблицы 2, в отсутствие электролита согласно теории ДЛФО взоле должна происходить практически быстрая коагуляция (W1 = 1,2), что несоответствует действительности (Wэксп ≥ 25).
Учет структурной составляющейпозволяет объяснить поведение системы. При введении 0,05 М NaCl системапонижает свою устойчивость (Wэксп 5,5 ± 0,5) Наблюдаемый эффект также неможет быть объяснен без привлечения представления о Vs (см. значение 5,5 жирнымшрифтом).При увеличении концентрации NaCl до 0.15М наблюдаемая скоростькоагуляции практически не менялась. Неизменным, по-видимому, оставался имеханизм коагуляции (безбарьерная агрегация на относительно дальнихрасстояниях между частицами). При повышении концентрации NaCl до 1М скоростькоагуляции золя возрастала и была близка к скорости быстрой коагуляции,рассчитанной по Смолуховскому, что, по всей вероятности, может быть объясненоснижением протяженности действия структурных сил.9Таблица 2. Некоторые параметры суммарного потенциала взаимодействиячастиц SiO2 при рН 3.0 без добавления NaCl (Wэксп ≥ 25) и в 0.05 растворе NaCl(Wэксп = 5.5±0.5)Конц.Параметры VsNaCl, М K 106l,нм3Дж/мБез Vs01.012.0Без Vs1.02.012.42.52.60.052.322.432.352.22.3572.1102.0102.1Vмах/кTh,нм0.2416.7192.212.621.7269,6426.8472.1517.8837.1924.11.3 1032.0 1032.2 1032.6 1033.3 1033.4 103-Vmin/кTh,нмW1W20,0350.61.227.70.0350.618527.71.0100.0350.6 1027.7Притяжение на всех расстояниях2.04.91.11060.650.3616.73.30.2222.35.00.430.1923.75.50.1825.26.10.2123.05.20.1924.65.710100.1924.15.60.1924.25.60.130.1727.06.20.223.65.30.2222.95.00.1924.65.6В таблице 3 представлены экспериментальные значения фактораустойчивости – Wэксп (для ранней стадии коагуляции золя SiO2) при рН = 3 изначения текущего числа агрегации – mt при фиксированном времени наблюдения,а также соответствующие им расчетные значения глубины дальнего потенциальногоминимума – Vmin, фактора агрегации – Г.Табл.3.
Экспериментально найденные значения фактора устойчивости– Wэксп(для ранней стадии коагуляции золя SiO2 ) при рН=3 и значения текущего числаагрегации –mt при фиксированном времени наблюдения, а также соответствующиеим расчетные значения глубины дальнего потенциального минимума – Vmin, фактораагрегации –Г.Конц. NaCl, М00.050.15Wэксп5.50.5.mtmt =14ч = 0.95mt =20ч = 1.6mt =4ч = 1.25mt =21ч = 2.4-Vmin/кТ0.030.19h, нм50.623.7Г0.830.810.4812.90.9На основании приведенных в этом параграфе данных можно заключить, чтокоагуляция золя SiO2 при рН 3 протекает по безбарьерному механизму. Снижениюустойчивости золя с ростом концентрации электролита соответствует уменьшениедальнодействия структурных сил отталкивания.103.2.3.
Исследование коагуляции золя SiO2 («Monospher 250») в растворах NаCl прирН=4.Результаты изучения кинетики агрегации золя SiO2 при рН = 4,представленные виде зависимостей величины (1/n) во времени наблюденияприведены на рис. 5. Видно, что при рН = 4.0 как в отсутствие добавленногоэлектролита, так и в 0.05 М и 0.15 М растворах NaCl золь SiO2 медленнокоагулирует.
В 1 М растворе NaCl при этом значении рН происходила интенсивнаякоагуляция, скорость которой была близка к теоретически рассчитанной поСмолуховскому.Экспериментальные факторы устойчивости Wэксп., расчётные значенияглубины дальнего потенциального минимума (Vmin), и его координаты (hmin), а такжетекущие степени агрегации частиц .mt для конечного момента наблюдения заагрегацией частиц для рН=4 приведены в табл. 4.Рис.5.Зависимостиобратнойчисленнойконцентрации частиц SiO2 отвременинаблюденияврастворах NaCl (M): 1 – 0;2 – 0.05;3 – 0.15.рН = 4.0.Линия4соответствуетпротеканиюбыстройкоагуляции по Смолуховскому.Таблица 4. Некоторые параметры суммарной кривой парного взаимодействиячастиц гидрозоля SiO2 при рН = 4. Экспериментальные факторы устойчивости Wэксп.,расчётные значения глубины дальнего потенциального минимума (Vmin), и егокоординаты (hmin), а также текущие степени агрегации частиц .mt для конечногомомента наблюдения за агрегацией частиц.Wэксп.mtСNaCl, М -Vmin/кТ hmin,нм-,мв0.050.1426.47.57.50.5 mt =6ч =1.20.150.23~2034.70.4 mt =22,4ч =2,3Экспериментальным факторам устойчивости золя при рН = 4 в воде и 0.05 Мрастворе NaCl соответствует глубина дальнего потенциального минимума 0.14 kT, в0.15 М растворе NaCl – 0.23 kT.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
