Автореферат (1150228), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Эти значения получены, как и выше (§3.2.1 и §3.2.2),при сравнении экспериментального фактора устойчивости и фактора устойчивости,рассчитанного по формуле Хогга и Янга.3.2.4. Исследование коагуляции золя SiO2 («Monospher 250») в растворах NаClпри рН 6.2Результаты изучения кинетики агрегации золя SiO2 при рН = 6.2,представленные виде зависимостей степени агрегации частиц (n0/n) от приведенноговремени наблюдения (t/T) приведены на рис.

6. Видно, что при рН = 6.2. как вотсутствие добавленного электролита, так и в 0.05 М растворе NaCl золь SiO2устойчив: величина n0/n оставалась неизменной за весь период наблюдения (2011часов) (прямые 1 и 2). Добавление NaCl до С = 0.15 М приводило к возрастаниюстепени агрегации частиц во времени, что связано с протеканием процессакоагуляции в золе (кривая 3). Зависимость изменения величины n0/n во времени,рассчитанная по теории быстрой коагуляции Смолуховского, представлена на рис.

6пунктирной прямой. В 0.15М растворе NaCl коагуляция протекает со скоростьюменьшей, чем скорость быстрой коагуляции (по Смолуховскому).В 1 М растворе NaCl при этом значении рН происходила интенсивнаякоагуляция, скорость которой была близка к теоретически рассчитанной поСмолуховскому.n0/n43,5332,521,51,210,50012345t/TРис. 6.. Зависимостиобратнойчисленнойконцентрации частиц SiO2 отприведенноговременинаблюдения при рН 6.2 врастворах NaCl (M): 1 – 0;2 – 0.05; 3 – 0.15 от временинаблюдения.ПунктирнаялиниясоответствуетпротеканиюбыстройкоагуляциипоСмолуховскому.Результаты расчёта энергии парного взаимодействия частиц SiO2 в растворахNaCl при рН = 6,2 по обобщённой теории ДЛФО приведены в табл. 5.Таблица 5 Некоторые параметры суммарной кривой энергий парноговзаимодействия частиц SiO2 в растворах NaCl при рН 6.2, теоретические (W1и W2)и экспериментальные факторы устойчивости.Параметры VsCNaCl| M K106Дж/м l, нм3510-21.510-111112357111.82.53.01.451,31,31,21.21.1Vмах,кТ271.5513,2732.092.0166.7272.4395.1378.1807.5hmax,нм -Vmin,hmin,нмкТ0.260.260.310.50,40,40,40.40,80,400.170.110.730,770,700,740.700,7714,323.831.29.89.410.29.810.49.8W1>1010>1010W22,96.29.91.91.81.91.81.91.8Wэксп,2а>10.01.9При существующий точности метода поточной ультрамикроскопии (10%)устойчивости золя должно отвечать условие W2  10, которое может бытьдостигнуто при значительном вкладе в общий баланс сил структурных силотталкивания, например при параметрах Vs:K = 1  106 Дж/м3 и l = 3.0 нм (табл.

5).Коагуляции разбавленного золя в 1.5  10-1 М растворе NaCl соответствует значение12Wэксп = 1.9, что полностью совпадает с W2 = 1.9, полученному в расчётах прииспользовании параметров Vs K = 3  106 Дж/м3 и l = 1.3 нм или К = 1  106Дж/м3 иl = 1.45нм. (Вообще говоря, конкретному значению теоретического фактораустойчивости W2, равному Wэксп , отвечает совокупность параметров структурнойкомпоненты энергии взаимодействия).Таким образом, расчёт по обобщённой теории ДЛФО при определённыхпараметрах структурной компоненты в принципе позволяет объяснить устойчивостьи коагуляцию золя в растворах NaCl с позиции Хогга и Янга. Следует отметить,однако, что для установления соответствия теоретически рассчитываемого иэкспериментально установленного факторов устойчивости следует допуститьсуществование довольно протяжённых ГС3.2.5.

Исследование коагуляции золя SiO2 («Monospher 250») в растворах NаClпри рН = 9,0 и 10,2.Проведенные расчеты энергии взаимодействия частиц показали, чтонаблюдаемая экспериментально высокая агрегативная устойчивость золя SiO2 в0.15 М растворе NaCl при рН = 9.0 и рН = 10.2 может быть объяснена совместнымдействием ионно-электростатических и структурных сил отталкивания. В щелочнойсреде определенное влияние на устойчивость золя может иметь такжерастворимость частиц. Высокая устойчивость золя в 0.15 М NaCl при рН = 9.0 и 10.2согласуется с известными данными по устойчивости золя кварца в щелочнойобласти рН при СKCl ≥ 0.1М3.2.6.

Влияние рН на кинетику агрегации монодисперсного золякремнезема в растворах NaCl.Агрегативную устойчивость гидрозоля SiO2 изучали при естественномзначении рН = 6.2 и рН: 2.0; 3.0; 4.0; 9.0; 10.2 в отсутствие электролита, а также в0.05 и 0.15 М растворах NaCl. Эти данные были приведены выше в параграфах§3.2.1 – §3.2.5. Для выявления влияния рН на кинетику агрегации гидрозоля SiO2 сиспользованием этих, а также дополнительно полученных данных, результатыисследования коагуляции при различных значениях рН и фиксированнойконцентрации коагулянта представлялись в виде зависимостей обратной численнойконцентрации частиц (1/n) от времени наблюдения (t).В отсутствие NaCl при рН = 3.0 – 10.2 величина (1/n) оставалась практическинеизменной за весь период наблюдения (22 часа), что свидетельствовало обагрегативной устойчивости золя (Рис 7, прямые 1 – 4). При рН = 2.0 в золенаблюдалась медленная коагуляция: кривая зависимости величины (1/n) от времени(кривая 5, рис.

7) идет существенно ниже пунктирной прямой, отвечающей скоростикоагуляции, рассчитанной по теории быстрой коагуляции Смолуховского.13Рис 7. Зависимостиобратнойчисленнойконцентрации частиц SiO2 отвременинаблюдениявотсутствиеNaClприразличных значениях рН: 10.2(1); 9.0 (2); 6.2 (3); 3.0 (4);2.0 (5). Пунктирная линиясоответствуетпротеканиюбыстройкоагуляциипоСмолуховскому.Результаты расчета энергии парного взаимодействия частиц SiO2 в интервалерН = 2.0 - 9.0 по классической и обобщенной теории ДЛФО, а также расчетныезначения факторов устойчивости золя при коагуляции как в первичном (ближнем)потенциальном минимуме при преодолении барьера отталкивания – W1, так и вовторичном (дальнем) потенциальном минимуме – W2,. приведены в табл.

6.Таблица 6. Некоторые параметры суммарной кривой парного взаимодействиячастиц гидрозоля SiO2 в отсутствие NaCl при различных значениях рН итеоретические факторы устойчивости W1 и W2.рН6.29.04.03.02.02.0Параметры Vsh ,нмVmах,кТ max63K,10 Дж/м l,нм402.20.9491.22.8Без Vs105.83.11.67.66.82.1137.80.61.8195.40.41.02.2317.40.32.4389.70.3-Vmin,кТ10-4hmin,нм10100.020.250.250.240.20.1764.717.417.418.521.323.5-3W1W2>1010>1032.09.444.14.44.44.65.56.21033>1010Видно, что устойчивость золя в интервале рН = 4.0 - 10.2 без добавленияэлектролита может быть объяснена с позиции классической теории ДЛФО (без учетаструктурной компоненты) наличием высокого потенциального барьераотталкивания и ничтожно малого дальнего потенциального минимума. Как следуетиз расчетов по классической теории ДЛФО, при рН = 3.0 должна протекать(барьерная) коагуляция (расчетный фактор устойчивости составляет W1 = 2.0), а прирН = 2.0 – медленная коагуляция по безбарьерному механизму (W2 = 4.4) (табл.6).Однако, при рН = 3.0 золь устойчив, а коагуляции при рН = 2.0 соответствуетэкспериментальному фактору устойчивости, рассчитанному по Смолуховскому(Wэксп), равному 6.0  0.5.

Эти несоответствия эксперимента и теории могут бытьобусловлены тем, что при расчетах по классической теории ДЛФО не учитывалисьструктурные силы отталкивания, проявление которых характерно длявзаимодействия поверхностей кремнезема. Так, например, для рН = 2.0, как видно14из табл. 6, включение в расчет структурной компоненты энергии взаимодействиячастиц Vs с параметрами равными K = 1106 Дж/м3 и l = 2.4 нм, позволяет устранитьэто противоречие.Результаты исследования золя SiO2 в 0.05М растворе NaCl представлены нарис.

8, из которого видно, что в 0.05М растворе NaCl при рН – 6.2 он устойчив, а прирН = 4.0 протекает медленная коагуляция, при этом фактор устойчивости золяможно оценить, как равный Wэксп  7.5.Рис8.Зависимостиобратнойчисленнойконцентрации частиц SiO2от времени наблюдения в0.05 М растворе NaCl приразличных значениях рН:1 – 6.2; 2 – 4.0; 3 – 3.0;4 – 2.0. Пунктирная линиясоответствует протеканиюбыстрой коагуляции поСмолуховскому.Из расчетов следует, что экспериментально определяемому факторуустойчивости Wэксп  7.5 может соответствовать набор параметров одночленнойструктурной составляющей энергии взаимодействия частиц. Этому семействузначений K и l на рис. 9 соответствует кривая 1.Рис. 9 Области параметровструктурной составляющей частицкремнезема,оцененныевпредположении R=2a,приразличных значения рН: кривые 1и 5 – рН = 6.2; кривые 2 и 6 –рН = 4.0; кривые 3 и 7 – рН = 3.0;кривые 4 и 8 – 2.0.

Характеристики

Список файлов диссертации