طرق الحصول على أنظمة التشتيت. طرق تنقية الأنظمة المشتتة طرق الحصول على الأنظمة المشتتة وتنقيتها
النظام المشتت هو نظام يتم فيه توزيع الجزيئات الصغيرة من مادة أو أكثر بالتساوي بين جسيمات مادة أخرى. تسمى المرحلة المشتتة بالجسيمات الصغيرة للمادة التي يتم توزيعها في النظام. وسط التشتت هو مادة يتم فيها توزيع الطور المشتت. 3 نظام مشتت غير متجانس: حجم جسيمات الطور المشتت أكبر من 1 · 10-9 م وتشكل طورًا منفصلاً عن وسط التشتت. نظام مشتت متجانس: لا توجد واجهة بين الطور المشتت ووسط التشتت (الحلول الحقيقية). أحجام الجزيئات ، الأيونات أصغر من 1 10-9 م.
بدرجة تشتت. لتصنيف الأنظمة المشتتة. 4 درجة التشتت (D) هي مقلوبة لحجم الجسيمات (د) د = 1 / د كلما كان حجم الجسيمات أصغر ، زاد تشتت تصنيف النظام وفقًا لدرجة التشتت الخشنة (د \ u003d م) (معلقات خشنة ، مستحلبات ، مساحيق). تشتت متوسط (د = م) (معلقات رقيقة ، دخان ، أجسام مسامية). مشتت للغاية (د = م) (أنظمة غروانية).
الحصول على أنظمة تشتت طرق التشتت. تجمع هذه المجموعة من الطرق بين الطرق الميكانيكية التي يتم من خلالها سحق المواد الصلبة أو سحقها أو تقسيمها. نموذجي للعمليات المختبرية والصناعية والتشتت التي تحدث في الطبيعة. في الظروف المختبرية والصناعية ، يتم تنفيذ هذه العمليات في الكسارات ، أحجار الرحى والمطاحن ذات التصميمات المختلفة. الأكثر شيوعًا هي المطاحن الكروية ، حيث يتم الحصول على الأنظمة ، حيث تتراوح أحجام الجسيمات من 2 - 3 إلى 50 - 70 ميكرون. في المطاحن الغروانية ذات التصميمات المختلفة ، يتم تحقيق تشتت أدق ؛ يعتمد مبدأ تشغيل هذه المطاحن على تطوير قوى التكسير في التعليق أو المستحلب تحت تأثير قوة الطرد المركزي. تجربة الجسيمات الكبيرة المعلقة في هذه الحالة قوة تمزيق كبيرة وبالتالي تشتت. يمكن تحقيق التشتت العالي عن طريق التشتت بالموجات فوق الصوتية. ثبت تجريبياً أن التشتت يعتمد بشكل مباشر على تردد الاهتزازات فوق الصوتية. تتميز المستحلبات التي تم الحصول عليها بطريقة الموجات فوق الصوتية بتوحيد أحجام الجسيمات في المرحلة المشتتة. خمسة
طرق التشتت. تعتمد طريقة Bredig على تكوين قوس فولتية بين أقطاب معدنية قابلة للتشتت موضوعة في الماء. يكمن جوهر الطريقة في رش معدن القطب في القوس ، وكذلك في تكثيف الأبخرة المعدنية المتكونة عند درجة حرارة عالية. طريقة Svedberg ، والتي تستخدم تفريغ تذبذب عالي الجهد يتسبب في قفز شرارة بين الأقطاب الكهربائية. يمكن استخدام هذه الطريقة ليس فقط للحصول على الهيدروسولات ، ولكن أيضًا للحصول على جزيئات عضوية من معادن مختلفة. أثناء التكسير والطحن ، يتم إتلاف المواد بشكل أساسي في أماكن عيوب القوة (الشقوق الكبيرة والصغيرة). لذلك ، مع سحق الجسيمات ، تزداد قوة الجزيئات ، والتي تستخدم عادة لإنشاء مواد أقوى. في الوقت نفسه ، تؤدي زيادة قوة المواد عند سحقها إلى استهلاك كبير للطاقة لمزيد من التشتت. يمكن تسهيل تدمير المواد باستخدام تأثير Rehbinder - انخفاض امتصاص قوة المواد الصلبة. هذا التأثير هو تقليل الطاقة السطحية بمساعدة المواد الخافضة للتوتر السطحي ، مما يسهل تشوه وتدمير المواد الصلبة (المعادن السائلة لتدمير المعادن الصلبة). عادةً ما يفشل استخدام طرق التشتت في تحقيق تشتت عالي جدًا. يتم الحصول على الأنظمة ذات أحجام الجسيمات من - 10 7 سم عن طريق طرق التكثيف. 6 إنتاج الأنظمة المشتتة
طرق التكثيف (الفيزيائية) تعتمد طرق التكثيف على عمليات ظهور مرحلة جديدة من خلال دمج الجزيئات أو الأيونات أو الذرات في وسط متجانس. يمكن تقسيم هذه الطرق إلى فيزيائية وكيميائية. التكثيف المادي - التكثيف من الأبخرة واستبدال المذيب. (تشكيل الضباب). تعتمد طريقة استبدال المذيب (تغيير تركيبة الوسط) على مثل هذا التغيير في معلمات النظام ، حيث تصبح الإمكانات الكيميائية للمكون في وسط التشتت أعلى من التوازن والميل إلى الانتقال إلى حالة التوازن يؤدي إلى تشكيل مرحلة جديدة. يتم الحصول على صولجان الكبريت والفوسفور والزرنيخ والعديد من المواد العضوية بهذه الطريقة عن طريق سكب محاليل الكحول أو الأسيتون من هذه المواد في الماء. 7 الحصول على أنظمة تشتت
طرق التكثيف (الكيميائية) التكثيف الكيميائي: تظهر المادة التي تشكل الطور المشتت نتيجة تفاعل كيميائي. وبالتالي ، فإن أي تفاعل كيميائي يستمر في تكوين مرحلة جديدة يمكن أن يكون مصدرًا للحصول على نظام غرواني. 1. الاسترداد (تحضير محلول الذهب عن طريق تقليل حمض الهيدروكلوريك الذهبي): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \ u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. الأكسدة (تكوين الكبريت في المياه الحرارية المائية ، مع عوامل مؤكسدة (ثاني أكسيد الكبريت أو الأكسجين)): 2H 2 S + O 2 \ u003d 2S + 2H 2 O 3. التحلل المائي 4. تبادل التفاعلات (الحصول على كبريتيد الزرنيخ محلول): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \ u003d As 2 S 3 + 6H 2 O هكذا أن تركيز المادة في المحلول يزيد عن قابلية الذوبان ، أي. يجب أن يكون الحل مفرط التشبع. 8 إنتاج الأنظمة المشتتة
طرق تنظيف حلول الغروية. يحتوي Sols ومحاليل المركبات عالية الوزن الجزيئي (HMCs) على مركبات منخفضة الوزن الجزيئي كشوائب غير مرغوب فيها. يتم إزالتها بالطرق التالية. يعتبر غسيل الكلى تاريخيًا الطريقة الأولى للتطهير. تنقية المحاليل الغروية من خلال غشاء شبه منفذ يتم غسله بالمذيب. الديلزة الكهربائية هي عملية تنظيف سولوس من شوائب الإلكتروليت في مجال كهربائي تسرع حركة الأيونات. الترشيح الفائق هو طريقة تنظيف عن طريق إجبار وسيط تشتت مع شوائب منخفضة الوزن الجزيئي من خلال المرشحات الفائقة. الترشيح الدقيق هو الفصل بواسطة مرشحات للجسيمات الدقيقة التي يتراوح حجمها من 0.1 إلى 10 ميكرون. طرق التنظيف المركبة. بالإضافة إلى طرق التنقية الفردية - الترشيح الفائق والديلزة الكهربائية - يُعرف الجمع بينهما: الترشيح الكهربائي الفائق ، المستخدم لتنقية البروتينات وفصلها. من الممكن تنقية وزيادة تركيز اللولب أو المحلول في نفس الوقت باستخدام طريقة تسمى الصب الكهربائي. يحدث التحليل الكهربائي عندما يتم تشغيل المُحَلِّل الكهربائي بدون تقليب. تسع
نظرًا لأن الشوائب الجزيئية المنخفضة (الإلكتروليتات الأجنبية) قادرة على تدمير الأنظمة الغروية ، يجب تنقية سولز الناتجة في كثير من الحالات. يتم أيضًا تنقية الأنظمة المشتتة ذات الأصل الطبيعي (اللاتكس ، الزيت الخام ، اللقاحات ، الأمصال ، إلخ). لإزالة الشوائب ، استخدم: غسيل الكلى ، غسيل الكلى ، الترشيح الفائق.
غسيل الكلى- استخلاص مواد ذات وزن جزيئي منخفض من محلول مذيب نقي باستخدام فاصل شبه منفّذ (غشاء) لا تمر من خلاله الجسيمات الغروانية. تم الآن اقتراح العديد من التصميمات المحسّنة لأجهزة غسيل الكلى لتوفير عملية تنظيف أسرع. يتم تكثيف غسيل الكلى عن طريق: زيادة سطح الأغشية. تقليل طبقة السائل المراد تنقيته ؛ التغيير المتكرر أو المستمر للسائل الخارجي ؛ ارتفاع في درجة الحرارة.
غسيل كهربائي- تسريع غسيل الكلى بتطبيق مجال كهربائي خارجي. يرجع السبب في التحلل الكهربائي إلى هجرة الأيونات عبر الغشاء تحت تأثير فرق الجهد المطبق بترتيب 40 فولت / سم.
الترشيح الفائق- الغسيل الكهربي تحت الضغط. في الأساس ، لا يعد الترشيح الفائق طريقة لتنقية المياه الصولائية ، ولكنه مجرد طريقة لتركيزها.
مثال مثير للاهتمام على مزيج من جهاز غسيل الكلى والترشيح الفائق هو جهاز "الكلى الاصطناعية" ، المصمم ليحل محل وظيفة الكلى مؤقتًا في حالة الفشل الكلوي الحاد. يتم توصيل الجهاز جراحيا بجهاز الدورة الدموية لدى المريض. يتدفق الدم تحت الضغط الناتج عن مضخة نابضة ("قلب اصطناعي") في فجوة ضيقة بين غشاءين ، يُغسل من الخارج بمحلول ملحي. نظرًا لمساحة العمل الكبيرة للأغشية (حوالي 15000 سم 2) ، تتم إزالة "الخبث" من الدم بسرعة نسبيًا (3-4 ساعات) - منتجات التمثيل الغذائي وتفكك الأنسجة (اليوريا ، الكرياتين ، أيونات البوتاسيوم ، إلخ. .).
باستخدام أغشية ذات مسامية معينة للمرشحات الفائقة ، من الممكن إلى حد ما فصل الجسيمات الغروية وفقًا لأحجامها وفي نفس الوقت تحديد أحجامها تقريبًا. تم استخدام هذه الطريقة لتحديد أحجام الجسيمات لعدد من الفيروسات والعاثيات.
يستخدم الترشيح الفائق لتنقية المياه العادمة من الشوائب الميكانيكية. تستخدم هذه الطريقة لفصل الجزيئات السائلة عن جزيئات النظام الغرواني.
اعتمادًا على تشتت مياه الصرف الصحي ، يتم استخدام أنواع معينة من أقسام المرشح. للترشيح الدقيق لكميات كبيرة من المياه الطبيعية في محطات المياه ، عند التنظيف بشكل أساسي من العوالق والكائنات الحية الدقيقة ، يتم استخدام الشبكات المعدنية ، في حالة التنظيف من الجسيمات الفرعية والجزيئات الكبيرة ، يتم استخدام أغشية البوليمر ذات أحجام المسام المختلفة.
أسئلة ومهام لضبط النفس
1. ماذا يدرس تخصص "كيمياء الغروانية"؟
2. ما هو الفرق بين المحاليل الغروية والصحيحة؟
3. ما هي السمات التي يعتمد عليها كل نوع من أنواع تصنيف الأنظمة المشتتة؟
4. ما هي طرق الحصول على أنظمة متفرقة؟ ما هو جوهر كل طريقة؟
5. كيف يمكن تنظيف الأنظمة الغروانية؟ لماذا تحتاج للقيام بذلك؟
الفصل 2
الديناميكا الحرارية
ظاهرة السطح
في الأنظمة المتفرقة ، توجد معظم الجزيئات أو الذرات التي تشكل مادة ما على الواجهة. تختلف جزيئات السطح هذه عن الجزيئات الموجودة داخل الطور في حالة طاقتها ، مما يؤدي إلى ظهور طاقة سطحية زائدة. الطاقة السطحية الزائدة تساوي ناتج التوتر السطحي والمنطقة البينية:
يميل أي نظام ديناميكي حراري إلى تقليل طاقة سطحه. يمكن تقليل الطاقة السطحية الزائدة عن طريق:
· تقليل التوتر السطحي: امتصاص ، التصاق ، ترطيب ، تكوين طبقة كهربائية مزدوجة.
· النقص في مساحة السطح: الشكل الكروي للقطرات (تجانس السطح) ، ارتباط الجزيئات (التخثر ، التجميع ، الالتحام).
هناك طريقتان عامتان للحصول على ديس. أنظمة - التشتت والتكثيف. تعتمد طريقة التشتت على طحن الجسيمات العيانية إلى أحجام نانوية (1-100 نانومتر).
لا يتم استخدام الطحن الميكانيكي على نطاق واسع بسبب الاستهلاك العالي للطاقة. في الممارسة المختبرية ، يتم استخدام الطحن بالموجات فوق الصوتية. أثناء الطحن ، تتنافس عمليتان: تشتت وتجميع الجزيئات الناتجة. تعتمد نسبة معدلات هذه العمليات على مدة الطحن ودرجة الحرارة وطبيعة المرحلة السائلة ووجود المثبتات (غالبًا عوامل التوتر السطحي). من خلال اختيار الظروف المثلى ، من الممكن الحصول على جسيمات بالحجم المطلوب ، ومع ذلك ، فإن توزيع حجم الجسيمات واسع جدًا.
الأكثر إثارة للاهتمام هو التشتت التلقائي للمواد الصلبة في المرحلة السائلة. يمكن ملاحظة عملية مماثلة للمواد ذات البنية الطبقية. في مثل هذه الهياكل ، يوجد تفاعل قوي بين الذرات داخل الطبقة وتفاعل v-d-v ضعيف بين الطبقات. على سبيل المثال ، يتفرق الموليبدينوم وكبريتيدات التنجستن ، اللذان لهما بنية ذات طبقات ، تلقائيًا في الأسيتونيتريل لتشكيل جزيئات ثنائية الطبقة بحجم نانومتر. في هذه الحالة ، تخترق المرحلة السائلة بين الطبقات ، وتزيد من مسافة الطبقة البينية ، ويضعف التفاعل بين الطبقات. تحت تأثير الاهتزازات الحرارية ، يحدث انفصال الجسيمات النانوية عن سطح المرحلة الصلبة.
طرق التكثيفمقسمة إلى الفيزيائية والكيميائية. يحدث تكوين الجسيمات النانوية من خلال سلسلة من حالات الانتقال أثناء تكوين مجموعات وسيطة ، مما يؤدي إلى ظهور نواة طور جديدة ونموها التلقائي وظهور واجهة طور فيزيائية. من المهم ضمان معدل مرتفع لتكوين الجنين وانخفاض معدل نموه.
تستخدم الطرق الفيزيائية على نطاق واسع للحصول على جزيئات معدنية متناهية الصغر. هذه الطرق هي في الأساس تكثيف التشتت. في المرحلة الأولى ، يتشتت المعدن إلى الذرات عن طريق التبخر. ثم ، بسبب فرط الأبخرة ، يحدث التكثيف.
طريقة الشعاع الجزيئيتستخدم للحصول على طلاء بسماكة حوالي 10 نانومتر. يتم تسخين مادة البدء في غرفة الحجاب الحاجز إلى درجات حرارة عالية في ظل التفريغ. تشكل الجسيمات المتبخرة ، التي تمر عبر الحجاب الحاجز ، شعاعًا جزيئيًا. يمكن تغيير شدة الحزمة ومعدل تكثيف الجسيمات على الركيزة عن طريق تغيير درجة الحرارة وضغط البخار فوق مادة المصدر.
طريقة الهباء الجوييتكون من تبخر المعدن في جو متخلخل من غاز خامل عند درجة حرارة منخفضة ، يليه تكثيف الأبخرة. تم استخدام هذه الطريقة للحصول على Au ، Fe ، Co ، Ni ، Ag ، Al nanoparticles ؛ أكاسيدها ، نيتريد ، كبريتيدات.
التوليف الكيميائيعلى أساس تكثيف ذرات المعادن (أو المركبات المعدنية) عند درجة حرارة منخفضة في مصفوفة خاملة.
التكثيف الكيميائي. تم الحصول على محلول غرواني من الذهب (أحمر) بحجم جسيم في عام 1857 بواسطة فاراداي. هذا اليوم معروض في المتحف البريطاني. يتم تفسير ثباته من خلال تكوين DEL عند واجهة محلول الطور الصلب ووجود مكون إلكتروستاتيكي للضغط المنفصل.
في كثير من الأحيان ، يتم تصنيع الجسيمات النانوية في محلول أثناء التفاعلات الكيميائية. تستخدم تفاعلات الاختزال للحصول على جزيئات معدنية. كعامل اختزال ، يتم استخدام الألومنيوم والبوروهيدريد ، وهيبوفوسفيت ، وما إلى ذلك. على سبيل المثال ، يتم الحصول على محلول محلول الذهب بحجم جسيم يبلغ 7 نانومتر عن طريق تقليل كلوريد الذهب باستخدام بوروهيدريد الصوديوم.
يتم الحصول على الجسيمات النانوية من الأملاح أو أكاسيد المعادن في تبادل أو تفاعلات التحلل المائي.
تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي الطبيعية والاصطناعية كمثبتات.
تم تصنيع الجسيمات النانوية ذات التكوين المختلط. على سبيل المثال ، Cd / ZnS ، ZnS / CdSe ، TiO 2 / SiO 2. يتم الحصول على هذه الجسيمات النانوية عن طريق ترسيب جزيئات من نوع واحد (قشرة) على جسيم نانوي مركب مسبقًا من نوع آخر (لب).
العيب الرئيسي لجميع الطرق هو التوزيع الواسع الحجم للجسيمات النانوية. ترتبط إحدى طرق التحكم في حجم الجسيمات النانوية بتحضير الجسيمات النانوية في المستحلبات الدقيقة العكسية. في المستحلبات الدقيقة العكسية ، تكون مرحلة الديس هي الماء ، والوسيط المشتت هو الزيت. يمكن أن يختلف حجم قطرات الماء (أو سائل قطبي آخر) بشكل كبير اعتمادًا على ظروف التحضير وطبيعة المثبت. تلعب قطرة الماء دور المفاعل الذي تتكون فيه مرحلة جديدة. حجم الجسيم الناتج محدود بحجم القطرة ، وشكل هذا الجسيم يكرر شكل القطرة.
طريقة سول جليحتوي على المراحل التالية: 1. تحضير المحلول الأولي ، الذي يحتوي عادةً على ألكوكسيدات معدنية M (OR) n ، حيث M عبارة عن السيليكون ، والتيتانيوم ، والزنك ، والألمنيوم ، والقصدير ، والسيريوم ، وما إلى ذلك ، R عبارة عن قلوي أو أريل ؛ 2. تشكيل الهلام بسبب تفاعلات البلمرة. 3. التجفيف. 4. المعالجة الحرارية. التحلل المائي في المذيبات العضوية
M (OR) 4 + 4H 2 OM (OH) 4 + 4ROH.
ثم تحدث البلمرة وتشكيل الهلام.
مم (أوه) ن (MO) 2 + 2 ميللي أمبير في الساعة 2 O.
طريقة الهضم.التمييز بين الببتلة عند غسل الراسب ، ببتنة المادة المترسبة بالكهرباء ؛ هضم مع السطحي. هضم كيميائي.
يتم تقليل التحفيز أثناء غسل الراسب إلى إزالة الإلكتروليت من الراسب ، مما يؤدي إلى التخثر. في هذه الحالة ، يزيد سمك DEL ، وتسود قوى التنافر الأيوني الكهروستاتيكي على قوى الجذب بين الجزيئات.
يرتبط الترسيب بالكهرباء بقدرة أحد أيونات الإلكتروليت على الامتصاص على الجسيمات ، مما يساهم في تكوين DES على الجسيمات.
هضم مع السطحي. يتم امتصاص الجزيئات الكبيرة ذات الفاعل بالسطح على الجسيمات أو تمنحها شحنة (خافضات التوتر السطحي الأيونية) أو تشكل حاجزًا للامتصاص والذوبان يمنع الجسيمات من الالتصاق ببعضها البعض في الرواسب.
يحدث التحلل الكيميائي عندما تتفاعل مادة مضافة إلى النظام مع مادة الرواسب. في هذه الحالة ، يتكون المنحل بالكهرباء ، والذي يشكل DEL على سطح الجسيمات.
طريقتان للحصول على أنظمة مشتتة - التشتت والتكثيف
التشتت والتكثيف - طرق الحصول على أنظمة مشتتة حرة: مساحيق ، معلقات ، سول ، مستحلبات ، إلخ. تحت التشتت فهم تكسير وطحن مادة ما ، عن طريق التكثيف - تكوين نظام مشتت غير متجانس من نظام متجانس نتيجة ارتباط الجزيئات أو الذرات أو الأيونات في مجاميع.
في الإنتاج العالمي للمواد والمواد المختلفة ، تحتل عمليتا التشتت والتكثيف واحدة من الأماكن الرائدة. يتم الحصول على بلايين الأطنان من المواد الخام والمنتجات في حالة تشتت حر. يضمن ذلك سهولة نقلها وجرعاتها ، كما يتيح الحصول على مواد متجانسة في تحضير المخاليط.
وتشمل الأمثلة تكسير وطحن الخامات والفحم وإنتاج الأسمنت. يحدث التشتت أثناء احتراق الوقود السائل.
تركيز يحدث أثناء تكوين الضباب أثناء التبلور.
وتجدر الإشارة إلى أنه أثناء التشتت والتكثيف ، يكون تكوين الأنظمة المشتتة مصحوبًا بظهور سطح جديد ، أي زيادة في مساحة السطح المحددة للمواد والمواد ، أحيانًا بآلاف المرات أو أكثر. لذلك ، يتطلب الحصول على أنظمة متفرقة ، مع بعض الاستثناءات ، طاقة.
أثناء التكسير والطحن ، يتم إتلاف المواد بشكل أساسي في أماكن عيوب القوة (الشقوق الكبيرة والصغيرة). لذلك ، مع زيادة عملية الطحن ، تزداد قوة الجزيئات ، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة لمزيد من التشتت.
يمكن تسهيل تدمير المواد باستخدام تأثير ريبيندر – تقليل امتصاص المواد الصلبة. هذا التأثير هو تقليل الطاقة السطحية بمساعدة المواد الخافضة للتوتر السطحي ، وبالتالي تسهيل تشوه وتدمير المادة الصلبة. على هذا النحو ، تسمى هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي مخفضات الصلابة ،يمكن استخدامها ، على سبيل المثال ، المعادن السائلة لتدمير المعادن الصلبة أو المواد الخافضة للتوتر السطحي النموذجية.
تتميز مخفضات الصلابة بكميات صغيرة تسبب تأثير Rebinder وخصوصية العمل. تساعد الإضافات التي تبلل المادة الوسيط على اختراق أماكن العيوب ، كما تسهل ، بمساعدة القوى الشعرية ، تدمير المادة الصلبة. لا تساهم المواد الخافضة للتوتر السطحي في تدمير المادة فحسب ، بل تساهم أيضًا في استقرار حالة التشتت ، مما يمنع الجسيمات من الالتصاق ببعضها البعض.
لا يمكن الحصول على الأنظمة ذات درجة التشتت القصوى إلا باستخدام طرق التكثيف.
يمكن أيضًا الحصول على المحاليل الغروية طريقة التكثيف الكيميائي، على أساس إجراء تفاعلات كيميائية مصحوبة بتكوين مواد غير قابلة للذوبان أو ضعيفة الذوبان. لهذا الغرض ، يتم استخدام أنواع مختلفة من التفاعلات - التحلل ، والتحلل المائي ، والاختزال ، إلخ.
تنقية الأنظمة المشتتة.
يحتوي Sols ومحاليل المركبات عالية الوزن الجزيئي (HMCs) على مركبات منخفضة الوزن الجزيئي كشوائب غير مرغوب فيها. يتم إزالتها بالطرق التالية.
غسيل الكلى. كان غسيل الكلى تاريخياً الطريقة الأولى للتطهير. تم اقتراحه من قبل T.Graham (1861). يظهر مخطط أبسط جهاز غسيل في الشكل. 3 (انظر الملحق). يُسكب محلول اللولب المراد تنقيته ، أو محلول اللولب ، في وعاء ، يكون قاعه عبارة عن غشاء يحتفظ بالجسيمات الغروية أو الجزيئات الكبيرة ويمرر جزيئات المذيبات والشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض. الوسيط الخارجي الملامس للغشاء عبارة عن مذيب. الشوائب الجزيئية المنخفضة ، التي يكون تركيزها في الرماد أو المحلول الجزيئي أعلى ، تمر عبر الغشاء إلى البيئة الخارجية (الديالة). في الشكل ، يظهر اتجاه تدفق الشوائب الجزيئية المنخفضة بواسطة الأسهم. يستمر التنقية حتى تصبح تراكيز الشوائب في الرماد والديالة متقاربة من حيث الحجم (بتعبير أدق ، حتى تتساوى الإمكانات الكيميائية في الرماد والدالة). إذا قمت بتحديث المذيب ، يمكنك التخلص تمامًا من الشوائب. يعد استخدام غسيل الكلى هذا مناسبًا عندما يكون الغرض من التنقية هو إزالة جميع المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض التي تمر عبر الغشاء. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، قد تكون المهمة أكثر صعوبة - من الضروري التخلص فقط من جزء معين من المركبات منخفضة الجزيئات في النظام. ثم ، كبيئة خارجية ، يتم استخدام حل لتلك المواد التي يجب تخزينها في النظام. يتم تعيين هذه المهمة عند تنظيف الدم من الخبث والسموم منخفضة الجزيئات (الأملاح واليوريا وما إلى ذلك).
الترشيح الفائق. الترشيح الفائق هو طريقة تنظيف عن طريق إجبار وسيط تشتت مع شوائب منخفضة الوزن الجزيئي من خلال المرشحات الفائقة. المرشحات الفائقة هي أغشية من نفس النوع تستخدم لغسيل الكلى.
يظهر أبسط مصنع للترشيح الفائق في الشكل. 4 (انظر الملحق). يتم سكب محلول محلول اللولب أو محلول اللولب المنقى في الكيس من الفلتر الفائق. يتعرض محلول الصول إلى ضغط زائد مقارنة بالضغط الجوي. يمكن إنشاؤه إما عن طريق مصدر خارجي (خزان هواء مضغوط ، ضاغط ، إلخ) أو بواسطة عمود كبير من السائل. يتم تجديد وسط التشتت عن طريق إضافة مذيب نقي إلى محلول مائي. من أجل أن تكون سرعة التنظيف عالية بما فيه الكفاية ، يتم إجراء التحديث في أسرع وقت ممكن. يتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق ضغوط زائدة كبيرة. لكي يتحمل الغشاء مثل هذه الأحمال ، يتم تطبيقه على دعامة ميكانيكية. تعمل الشبكات والألواح ذات الثقوب والمرشحات الزجاجية والسيراميك كمثل هذا الدعم.
الترشيح الدقيق . الترشيح الدقيق هو الفصل بواسطة مرشحات للجسيمات الدقيقة التي يتراوح حجمها من 0.1 إلى 10 ميكرون. يتم تحديد أداء الترشيح الدقيق من خلال مسامية وسمك الغشاء. لتقييم المسامية ، أي نسبة مساحة المسام إلى إجمالي مساحة المرشح ، يتم استخدام مجموعة متنوعة من الطرق: تثقيب السوائل والغازات ، وقياس التوصيل الكهربائي للأغشية ، وأنظمة التثقيب التي تحتوي على جزيئات معايرة من المرحلة المشتتة ، إلخ.
تصنع المرشحات الصغيرة التي يسهل اختراقها من مواد غير عضوية وبوليمرات. عن طريق تلبيد المساحيق ، يمكن الحصول على أغشية من الخزف والمعادن والسبائك. غالبًا ما تكون أغشية البوليمر الخاصة بالترشيح الدقيق مصنوعة من السليلوز ومشتقاته.
غسيل كهربائي. يمكن تسريع عملية إزالة الإلكتروليتات عن طريق تطبيق فرق جهد مفروض من الخارج. تسمى طريقة التنقية هذه بالديلزة الكهربائية. بدأ استخدامه لتنقية الأنظمة المختلفة بالأجسام البيولوجية (محاليل البروتينات ، مصل الدم ، إلخ) كنتيجة للعمل الناجح لدوري (1910). يظهر جهاز أبسط جهاز محلل كهربائي في الشكل. 5 (انظر المرفق). يتم وضع الجسم المراد تنظيفه (محلول اللولب ، sol) في الغرفة الوسطى 1 ، ويتم سكب الوسيط في الحجرتين الجانبيتين. في غرف الكاثود 3 والأنود 5 ، تمر الأيونات عبر المسام الموجودة في الأغشية تحت تأثير الجهد الكهربائي المطبق.
يعد الغسيل الكهربي هو الأنسب للتنقية عند إمكانية تطبيق جهد كهربائي عالي. في معظم الحالات ، في المرحلة الأولى من التنقية ، تحتوي الأنظمة على الكثير من الأملاح الذائبة ، كما أن توصيلها الكهربائي مرتفع. لذلك ، عند الجهد العالي ، يمكن إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، ويمكن أن تحدث تغييرات لا رجعة فيها في الأنظمة التي تحتوي على بروتينات أو مكونات بيولوجية أخرى. لذلك ، فمن المنطقي استخدام غسيل الكلى كطريقة تنظيف نهائية باستخدام غسيل الكلى المسبق.
مشترك طرق التنظيف.بالإضافة إلى طرق التنقية الفردية - الترشيح الفائق والديلزة الكهربائية - يُعرف الجمع بينهما: الترشيح الكهربائي ، المستخدم لتنقية البروتينات وفصلها.
من الممكن تنقية وزيادة تركيز اللولب أو المحلول في نفس الوقت باستخدام طريقة تسمى الكهربي.تم اقتراح الطريقة من قبل ف. باولي. يحدث التحليل الكهربائي عندما يتم تشغيل المُحَلِّل الكهربائي بدون تقليب. جسيمات سول أو الجزيئات الكبيرة لها شحنتها الخاصة ، وتحت تأثير المجال الكهربائي ، تتحرك في اتجاه أحد الأقطاب الكهربائية. نظرًا لعدم تمكنهم من المرور عبر الغشاء ، يزداد تركيزهم في أحد الأغشية. كقاعدة عامة ، تختلف كثافة الجسيمات عن كثافة الوسط. لذلك ، في موقع تركيز سول ، تختلف كثافة النظام عن متوسط القيمة (عادة ، تزداد الكثافة مع زيادة التركيز). يتدفق محلول محلول مركز إلى قاع المُحَلِّل الكهربائي ، وتحدث الدورة الدموية في الحجرة ، والتي تستمر حتى تتم إزالة الجسيمات بالكامل تقريبًا.
المحاليل الغروية ، وعلى وجه الخصوص ، محاليل الغرويات المنقية والمثبتة ، على الرغم من عدم استقرارها الديناميكي الحراري ، يمكن أن توجد إلى أجل غير مسمى. حلول محلول الذهب الأحمر التي أعدها فاراداي لم تخضع بعد لأي تغييرات ملحوظة. تشير هذه البيانات إلى أن الأنظمة الغروانية يمكن أن تكون في حالة توازن مستقر.
يتم استخدام الترشيح وغسيل الكلى والغسيل الكهربائي والترشيح الفائق لتنقية الأنظمة المشتتة من الشوائب.
الترشيح (اللات. الفلتروم-اللباد) هي طريقة فصل تعتمد على تمرير الخليط المسحوق عبر فيلم مسامي. في هذه الحالة ، تمر جزيئات df الصغيرة عبر مسام المرشحات التقليدية ، بينما يتم الاحتفاظ بالجزيئات الكبيرة. وبالتالي ، يتم استخدام الترشيح أيضًا لإزالة الجزيئات الكبيرة من المشتت.
غسيل الكلى (غرام. دياليسيس--الفصل) هي طريقة لإزالة المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض من الأنظمة المشتتة ومحاليل الـ IUDs باستخدام الأغشية. في المرشح ، يتم فصل خليط السائل المراد غسيله عن المذيب النقي بغشاء مناسب (الشكل 2.6). يتم الاحتفاظ بجزيئات DP والجزيئات الكبيرة بواسطة الغشاء ، بينما تنتشر الجزيئات الصغيرة والأيونات صغيرة الحجم عبر الغشاء إلى المذيب وعند ...
يمكن إزالة استبداله المتكرر بشكل كامل تقريبًا من الخليط القابل للتبديل.
تعتمد قدرة الأغشية على الفصل فيما يتعلق بالمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض على حقيقة أن الجزيئات والأيونات الصغيرة تمر بحرية عبر المسام (الشعيرات الدموية) تخترق الغشاء أو تذوب في مادة الغشاء.
تستخدم الأغشية المختلفة ، الطبيعية منها والاصطناعية ، كأغشية لغسيل الكلى. الأغشية الطبيعية: مثانة الأبقار أو الخنازير ، مثانة السباحة للأسماك. اصطناعي: أغشية مصنوعة من النيتروسليلوز ، أسيتات السليلوز ، السيلوفان ، الجيلاتين والبوليمرات الأخرى.
هناك مجموعة متنوعة من أجهزة غسيل الكلى - أجهزة غسيل الكلى. تم بناء جميع أجهزة غسيل الكلى وفقًا للمبدأ العام. يتم احتواء الخليط المراد غسيله (سائل داخلي) في وعاء يتم فصله فيه عن الماء أو مذيب آخر (سائل خارجي) بواسطة غشاء (الشكل 2.6). يزداد معدل غسيل الكلى مع زيادة سطح الغشاء ومساميته وحجم مسامه ، مع زيادة درجة الحرارة ، وشدة اختلاط السائل المُحلل ، ومعدل تغير السائل الخارجي ، ويقل مع زيادة الغشاء. سماكة.
لزيادة معدل غسيل الكلى للكهارل ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، يتم استخدام غسيل الكلى. لهذا الغرض ، يتم إنشاء مجال كهربائي ثابت في المرشح مع انخفاض محتمل من 20-250 فولت / سم وما فوق (الشكل 2.7). يسمح إجراء غسيل الكلى في مجال كهربائي بتسريع تنقية الأنظمة المشتتة عدة عشرات من المرات.
الترشيح الفائق (اللات. فائقة- ما يزيد على، فيلتروم- لباد) يستخدم لتنظيف الأنظمة التي تحتوي على جزيئات دقيقة (sols ، محاليل IUD ، معلقات للبكتيريا ، فيروسات). تعتمد الطريقة على إجبار الخليط على الفصل من خلال مرشحات ذات مسام تمر فقط الجزيئات والأيونات من المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض. يمكن اعتبار الترشيح الفائق على أنه غسيل كلى بالضغط. يستخدم على نطاق واسع لتنقية المياه ، والبروتينات ، والأحماض النووية ، والإنزيمات ، والفيتامينات ، إلخ.
