Pomoc w Tele2, taryfach, pytaniach

Układ rozproszony to układ, w którym małe cząstki jednej lub więcej substancji są równomiernie rozmieszczone między cząstkami innej substancji. Faza rozproszona nazywana jest małymi cząsteczkami substancji, która jest rozprowadzana w układzie. Ośrodek dyspersyjny to substancja, w której rozproszona jest faza rozproszona. 3 Heterogeniczny układ rozproszony: cząstki fazy rozproszonej mają wielkość większą niż 1·10-9 m i stanowią oddzielną fazę od ośrodka dyspersyjnego. Homogeniczny układ rozproszony: nie ma granicy faz między fazą rozproszoną a ośrodkiem dyspersyjnym (roztwory rzeczywiste). Rozmiary cząsteczek, jonów są mniejsze niż 1 · 10-9 m.

ZE STOPNIEM ROZPRZESTRZENIANIA. DO LASYFIKACJI SYSTEMÓW DYSPERSYJNYCH. 4 Stopień rozproszenia (D) jest odwrotnością wielkości cząstek (d) D = 1/d Im mniejsza wielkość cząstek, tym większe rozproszenie układu Klasyfikacja według stopnia rozproszenia Gruba (d \u003d m) (gruboziarniste zawiesiny, emulsje, proszki). Dyspersja średnia (d = m) (rzadkie zawiesiny, dym, ciała porowate). Silnie rozproszone (d = m) (układy koloidalne).

OTRZYMYWANIE UKŁADÓW DYSPERSYJNYCH Metody dyspersyjne. Ta grupa metod łączy w sobie metody mechaniczne, za pomocą których ciała stałe są kruszone, kruszone lub rozdrabniane. Typowe dla procesów laboratoryjnych, przemysłowych i dyspersyjnych zachodzących w przyrodzie. W warunkach laboratoryjnych i przemysłowych procesy te realizowane są w kruszarkach, kamieniach młyńskich i młynach o różnej konstrukcji. Najczęściej spotykane są młyny kulowe, w których uzyskuje się układy o wielkości cząstek w zakresie od 2 - 3 do 50 - 70 mikronów. W młynkach koloidalnych o różnej konstrukcji uzyskuje się drobniejsze rozdrobnienie, zasada działania takich młynków opiera się na powstawaniu sił niszczących w zawiesinie lub emulsji pod działaniem siły odśrodkowej. Zawieszone duże cząstki doświadczają w tym przypadku znacznej siły rozdzierającej i w ten sposób ulegają rozproszeniu. Wysoką dyspersję można osiągnąć za pomocą dyspersji ultradźwiękowej. Eksperymentalnie ustalono, że dyspersja jest bezpośrednio zależna od częstotliwości drgań ultradźwiękowych. Emulsje otrzymane metodą ultradźwiękową charakteryzują się jednorodnością wielkości cząstek fazy rozproszonej. pięć

metody dyspersyjne. Metoda Brediga opiera się na powstawaniu łuku elektrycznego pomiędzy dyspergowalnymi elektrodami metalowymi umieszczonymi w wodzie. Istota metody polega na natryskiwaniu metalu elektrody w łuku, a także na kondensacji oparów metali powstających w wysokiej temperaturze. Metoda Svedberga, która wykorzystuje wyładowanie oscylacyjne wysokiego napięcia, które powoduje przeskok iskry między elektrodami. Metodą tą można otrzymać nie tylko hydrozole, ale także organozole różnych metali. Podczas kruszenia i szlifowania materiały ulegają zniszczeniu przede wszystkim w miejscach ubytków wytrzymałościowych (makro- i mikropęknięcia). Dlatego w miarę kruszenia cząstek zwiększa się ich wytrzymałość, co jest zwykle wykorzystywane do tworzenia mocniejszych materiałów. Jednocześnie wzrost wytrzymałości materiałów podczas ich kruszenia prowadzi do dużego zużycia energii na dalsze rozpraszanie. Niszczenie materiałów można ułatwić wykorzystując efekt Rehbindera - adsorpcyjny spadek wytrzymałości ciał stałych. Efekt ten polega na zmniejszeniu energii powierzchniowej za pomocą środków powierzchniowo czynnych, co ułatwia deformację i destrukcję ciała stałego (metale ciekłe do niszczenia metali stałych). Stosowanie metod dyspersyjnych zwykle nie pozwala na uzyskanie bardzo wysokiego rozproszenia. Układy o wielkości cząstek rzędu -107 cm otrzymuje się metodami kondensacji. 6 PRODUKCJA UKŁADÓW DYSPERSYJNYCH

Metody kondensacji (fizyczne) Metody kondensacji opierają się na procesach powstawania nowej fazy poprzez łączenie cząsteczek, jonów lub atomów w jednorodnym ośrodku. Metody te można podzielić na fizyczne i chemiczne. Kondensacja fizyczna - kondensacja oparów i wymiana rozpuszczalnika. (powstawanie mgły). Metoda wymiany rozpuszczalnika (zmiana składu ośrodka) polega na takiej zmianie parametrów układu, w której potencjał chemiczny składnika w ośrodku dyspersyjnym staje się wyższy od równowagowego i tendencja do przejścia do stanu równowagi prowadzi do powstania nowej fazy. Zole siarki, fosforu, arsenu i wielu substancji organicznych uzyskuje się tą metodą przez wlewanie alkoholowych lub acetonowych roztworów tych substancji do wody. 7 UZYSKANIE UKŁADÓW DYSPERSYJNYCH

Metody kondensacji (chemiczne) Kondensacja chemiczna: substancja tworząca fazę rozproszoną powstaje w wyniku reakcji chemicznej. Tak więc każda reakcja chemiczna przebiegająca z utworzeniem nowej fazy może być źródłem otrzymania układu koloidalnego. 1. Odzysk (przygotowanie złotego zolu przez redukcję złotego kwasu chlorowodorowego): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. Utlenianie (tworzenie zolu siarki w wodach hydrotermalnych, z utleniaczami (dwutlenek siarki lub tlen)): 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O 3. Hydroliza 4. Reakcje wymiany (otrzymanie zolu siarczku arsenu): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \u003d As 2 S 3 + 6H 2 O tak że stężenie substancji w roztworze przekracza rozpuszczalność, tj. roztwór musi być przesycony. 8 PRODUKCJA UKŁADÓW DYSPERSYJNYCH

METODY CZYSZCZENIA ROZTWORÓW KOLOIDOWYCH. Zole i roztwory związków o dużej masie cząsteczkowej (HMC) zawierają związki o małej masie cząsteczkowej jako niepożądane zanieczyszczenia. Są one usuwane za pomocą następujących metod. Dializa jest historycznie pierwszą metodą oczyszczania. Oczyszczanie roztworów koloidalnych przez półprzepuszczalną membranę, którą przemywa rozpuszczalnik. Elektrodializa to proces oczyszczania zoli z zanieczyszczeń elektrolitowych w polu elektrycznym, które przyspiesza ruch jonów. Ultrafiltracja to metoda oczyszczania polegająca na przetłaczaniu przez ultrafiltry ośrodka dyspersyjnego wraz z zanieczyszczeniami o małej masie cząsteczkowej. Mikrofiltracja to separacja za pomocą filtrów mikrocząstek o wielkości od 0,1 do 10 mikronów. Połączone metody czyszczenia. Oprócz poszczególnych metod oczyszczania – ultrafiltracji i elektrodializy – znana jest ich kombinacja: elektroultrafiltracja, stosowana do oczyszczania i rozdzielania białek. Możliwe jest oczyszczenie i jednoczesne zwiększenie stężenia zolu lub roztworu wkładki wewnątrzmacicznej metodą zwaną elektrodekantacją. Elektrodekantacja występuje, gdy elektrodializator pracuje bez mieszania. dziewięć

Ponieważ zanieczyszczenia niskocząsteczkowe (obce elektrolity) są zdolne do niszczenia układów koloidalnych, powstałe zole w wielu przypadkach wymagają oczyszczenia. Oczyszczane są również układy rozproszone pochodzenia naturalnego (lateksy, ropa naftowa, szczepionki, surowice itp.). Do usuwania zanieczyszczeń stosować: dializę, elektrodializę, ultrafiltrację.

Dializa- ekstrakcja substancji małocząsteczkowych z zoli czystym rozpuszczalnikiem z wykorzystaniem półprzepuszczalnej przegrody (membrany), przez którą nie przechodzą cząstki koloidalne. Zaproponowano obecnie wiele ulepszonych projektów dializatorów, aby zapewnić szybszy proces czyszczenia. Intensyfikację dializy uzyskuje się poprzez: zwiększenie powierzchni membran; redukcja warstwy oczyszczanej cieczy; częsta lub ciągła zmiana płynu zewnętrznego; wzrost temperatury.

Elektrodializa– dializa przyspieszana przez przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego. Elektrodializa jest spowodowana migracją jonów przez membranę pod wpływem przyłożonej różnicy potencjałów rzędu 40 V/cm.

ultrafiltracja- elektrodializa pod ciśnieniem. Zasadniczo ultrafiltracja nie jest metodą oczyszczania zoli, a jedynie metodą ich zagęszczania.

Ciekawym przykładem połączenia dializatora i ultrafiltracji jest urządzenie „sztucznej nerki”, przeznaczone do czasowego zastępowania czynności nerek w ostrej niewydolności nerek. Urządzenie jest chirurgicznie podłączane do układu krążenia pacjenta. Krew pod ciśnieniem wytwarzana przez pulsującą pompę („sztuczne serce”) przepływa w wąskiej szczelinie pomiędzy dwiema membranami, przemywana z zewnątrz solą fizjologiczną. Ze względu na dużą powierzchnię roboczą błon (~ 15000 cm 2), stosunkowo szybko (3-4 godziny) usuwane są z krwi "żużle" - produkty przemiany materii i rozpadu tkanek (mocznik, kreatyna, jony potasu itp.) .).

Stosując membrany o określonej porowatości do ultrafiltrów, można w pewnym stopniu rozdzielić cząstki koloidalne według ich rozmiarów i jednocześnie w przybliżeniu określić ich rozmiary. Metodę tę wykorzystano do określenia wielkości cząstek wielu wirusów i bakteriofagów.

Ultrafiltracja służy do oczyszczania ścieków z zanieczyszczeń mechanicznych. Ta metoda służy do oddzielania cząsteczek cieczy od cząstek układu koloidalnego.

W zależności od rozproszenia ścieków stosuje się określone rodzaje przegród filtracyjnych. Do mikrofiltracji dużych ilości wody naturalnej w wodociągach, przy czyszczeniu głównie z planktonu i mikroorganizmów stosuje się siatki metalowe, w przypadku oczyszczania z cząstek submikronowych i makrocząsteczek stosuje się membrany polimerowe o różnej wielkości porów.

Pytania i zadania do samokontroli

1. Co studiuje dyscyplina „Chemia koloidalna”?

2. Jaka jest różnica między roztworami koloidalnymi a prawdziwymi?

3. Na jakich cechach opiera się każdy typ klasyfikacji systemów rozproszonych?

4. Jakie są metody otrzymywania układów rozproszonych? Jaka jest istota każdej metody?

5. Jak można czyścić układy koloidalne? Dlaczego musisz to zrobić?

Rozdział 2
TERMODYNAMIKA
ZJAWISKA POWIERZCHNIOWE

W układach rozproszonych większość cząsteczek lub atomów tworzących substancję znajduje się na granicy faz. Te cząsteczki powierzchniowe różnią się od cząsteczek wewnątrz fazy stanem energetycznym, co prowadzi do pojawienia się nadmiaru energii powierzchniowej. Nadmiar energii powierzchniowej jest równy iloczynowi napięcia powierzchniowego i powierzchni międzyfazowej:

Każdy układ termodynamiczny ma tendencję do zmniejszania swojej energii powierzchniowej. Nadmiar energii powierzchniowej można zredukować poprzez:

· redukcja napięcia powierzchniowego: adsorpcja, adhezja, zwilżanie, tworzenie podwójnej warstwy elektrycznej;

· zmniejszenie pola powierzchni: kulisty kształt kropel (wygładzanie powierzchni), asocjacja cząstek (koagulacja, agregacja, koalescencja).

Istnieją dwa ogólne podejścia do uzyskiwania disp. układy - dyspersyjne i kondensacyjne. Metoda dyspersyjna opiera się na rozdrabnianiu makroskopowych cząstek do nanorozmiarów (1-100 nm).

Szlifowanie mechaniczne nie jest powszechnie stosowane ze względu na duże zużycie energii. W praktyce laboratoryjnej stosuje się szlifowanie ultradźwiękowe. Podczas mielenia konkurują ze sobą dwa procesy: dyspersja i agregacja powstałych cząstek. Stosunek szybkości tych procesów zależy od czasu mielenia, temperatury, charakteru fazy ciekłej, obecności stabilizatorów (najczęściej środków powierzchniowo czynnych). Dobierając optymalne warunki możliwe jest uzyskanie cząstek o wymaganej wielkości, jednak rozkład wielkości cząstek jest dość szeroki.

Najbardziej interesująca jest spontaniczna dyspersja ciał stałych w fazie ciekłej. Podobny proces można zaobserwować w przypadku substancji o budowie warstwowej. W takich strukturach występuje silne oddziaływanie między atomami wewnątrz warstwy i słabe oddziaływanie v-d-v między warstwami. Na przykład siarczki molibdenu i wolframu, które mają strukturę warstwową, spontanicznie rozpraszają się w acetonitrylu, tworząc dwuwarstwowe cząstki o wielkości nanometra. W tym przypadku faza ciekła wnika między warstwy, zwiększa odległość międzywarstwową, a oddziaływanie między warstwami słabnie. Pod wpływem drgań termicznych następuje odrywanie nanocząstek od powierzchni fazy stałej.

Metody kondensacji dzieli się na fizyczne i chemiczne. Powstawanie nanocząstek zachodzi poprzez szereg stanów przejściowych podczas tworzenia zespołów pośrednich, prowadzących do pojawienia się nowego jądra fazowego, jego spontanicznego wzrostu i pojawienia się fizycznej granicy faz. Ważne jest zapewnienie wysokiego tempa powstawania zarodka i niskiego tempa jego wzrostu.

Metody fizyczne są szeroko stosowane w celu uzyskania metalicznych ultradrobnych cząstek. Metody te są zasadniczo metodą dyspersji-kondensacji. W pierwszym etapie metal jest rozpraszany na atomy przez odparowanie. Następnie na skutek przesycenia par następuje kondensacja.

Metoda wiązki molekularnej stosowane do otrzymywania powłok o grubości około 10 nm. Materiał wyjściowy w komorze membranowej jest podgrzewany do wysokich temperatur pod próżnią. Odparowane cząsteczki, przechodząc przez membranę, tworzą wiązkę molekularną. Intensywność wiązki i szybkość kondensacji cząstek na podłożu można zmieniać, zmieniając temperaturę i prężność pary nad materiałem źródłowym.

Metoda aerozolowa polega na odparowaniu metalu w rozrzedzonej atmosferze gazu obojętnego w niskiej temperaturze, po czym następuje kondensacja par. Tą metodą otrzymano nanocząstki Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al; ich tlenki, azotki, siarczki.

Synteza kriochemiczna oparty na kondensacji atomów metali (lub związków metali) w niskiej temperaturze w obojętnej matrycy.

Kondensacja chemiczna. Koloidalny roztwór złota (czerwony) o wielkości cząstek otrzymał w 1857 roku Faraday. Ten sol jest na wystawie w British Museum. Jego stabilność tłumaczy się tworzeniem DEL na granicy faza stała-roztwór oraz występowaniem składowej elektrostatycznej ciśnienia rozłączającego.

Często synteza nanocząstek odbywa się w roztworze podczas reakcji chemicznych. Reakcje redukcji służą do otrzymywania cząstek metali. Jako środek redukujący stosuje się glin i borowodorki, podfosforyny itp. Na przykład zol złota o wielkości cząstek 7 nm otrzymuje się przez redukcję chlorku złota borowodorkiem sodu.

Nanocząstki soli lub tlenków metali otrzymuje się w reakcjach wymiany lub hydrolizy.

Jako stabilizatory stosowane są naturalne i syntetyczne środki powierzchniowo czynne.

Zsyntetyzowano nanocząstki o mieszanym składzie. Na przykład Cd/ZnS, ZnS/CdSe, Ti02/Si02. Takie nanocząstki otrzymuje się przez osadzanie cząsteczek jednego typu (powłoki) na uprzednio zsyntetyzowanej nanocząstce innego typu (rdzeń).

Główną wadą wszystkich metod jest szeroki rozkład wielkości nanocząstek. Jedna ze metod kontroli wielkości nanocząstek związana jest z przygotowaniem nanocząstek w odwróconych mikroemulsjach. W odwróconych mikroemulsjach fazą dis jest woda, ośrodkiem dyspersyjnym jest olej. Wielkość kropel wody (lub innej cieczy polarnej) może się znacznie różnić w zależności od warunków przygotowania i charakteru stabilizatora. Kropla wody pełni rolę reaktora, w którym powstaje nowa faza. Wielkość powstałej cząstki jest ograniczona wielkością kropli, kształt tej cząstki powtarza kształt kropli.

Metoda zolowo-żelowa obejmuje następujące etapy: 1. przygotowanie roztworu wyjściowego, zwykle zawierającego alkoholany metali M(OR)n, gdzie M oznacza krzem, tytan, cynk, glin, cynę, cer itp., R oznacza zasadę lub aryl; 2. tworzenie żelu w wyniku reakcji polimeryzacji; 3. suszenie; 4. obróbka cieplna. hydroliza w rozpuszczalnikach organicznych

M(OR)4+4H2OM(OH)4+4ROH.

Następnie zachodzi polimeryzacja i tworzenie żelu.

mM (OH) n  (MO) 2 + 2mH2O.

metoda peptyzacji. Rozróżnić peptyzację podczas przemywania osadu, peptyzację osadu elektrolitem; peptyzacja środkami powierzchniowo czynnymi; peptyzacja chemiczna.

Peptyzacja podczas przemywania osadu sprowadza się do usunięcia z osadu elektrolitu, który spowodował koagulację. W tym przypadku grubość DEL wzrasta, a siły odpychania jonowo-elektrostatycznego przeważają nad siłami przyciągania międzycząsteczkowego.

Peptyzacja wytrącająca elektrolitem wiąże się ze zdolnością jednego z jonów elektrolitu do adsorpcji na cząstkach, co przyczynia się do powstawania DES na cząstkach.

Peptyzacja środkami powierzchniowo czynnymi. Makrocząsteczki surfaktantów są adsorbowane na cząstkach lub nadają im ładunek (surfaktanty jonowe) lub tworzą barierę adsorpcyjno-solwatacyjną, która zapobiega sklejaniu się cząstek w osadzie.

Peptyzacja chemiczna zachodzi, gdy substancja dodana do układu wchodzi w interakcję z materią osadu. W tym przypadku tworzy się elektrolit, który tworzy DEL na powierzchni cząstek.

Dwie metody otrzymywania układów rozproszonych – dyspersyjna i kondensacyjna

Dyspersja i kondensacja - metody otrzymywania układów swobodnie zdyspergowanych: proszków, zawiesin, zoli, emulsji itp. W rozproszeniu rozumieć rozdrabnianie i mielenie substancji przez kondensację - tworzenie heterogenicznego układu rozproszonego z jednorodnego w wyniku połączenia cząsteczek, atomów lub jonów w agregaty.

W światowej produkcji różnych substancji i materiałów procesy dyspersji i kondensacji zajmują jedno z wiodących miejsc. Miliardy ton surowców i produktów uzyskuje się w stanie swobodnie rozproszonym. Zapewnia to wygodę ich transportu i dozowania, a także umożliwia uzyskanie jednorodnych materiałów w przygotowaniu mieszanek.

Przykłady obejmują kruszenie i mielenie rud, węgiel, produkcja cementu. Dyspersja zachodzi podczas spalania paliw płynnych.

Kondensacja występuje podczas tworzenia się mgły, podczas krystalizacji.

Należy zauważyć, że podczas dyspersji i kondensacji powstawaniu układów rozproszonych towarzyszy pojawienie się nowej powierzchni, czyli zwiększenie pola powierzchni właściwej substancji i materiałów, czasem tysiące lub więcej razy. Dlatego uzyskanie układów rozproszonych, z pewnymi wyjątkami, wymaga energii.

Podczas kruszenia i szlifowania materiały ulegają zniszczeniu przede wszystkim w miejscach ubytków wytrzymałościowych (makro- i mikropęknięcia). Dlatego wraz ze wzrostem procesu rozdrabniania wzrasta wytrzymałość cząstek, co prowadzi do wzrostu energochłonności ich dalszego rozpraszania.

Niszczenie materiałów można ułatwić za pomocą Efekt Rebindera – adsorpcyjne obniżenie perwersji ciał stałych. Efekt ten polega na zmniejszeniu energii powierzchniowej za pomocą środków powierzchniowo czynnych, ułatwiając w ten sposób odkształcanie i niszczenie ciała stałego. Jako takie środki powierzchniowo czynne, tutaj tzw reduktory twardości, można stosować np. ciekłe metale do niszczenia metali stałych lub typowe środki powierzchniowo czynne.

Reduktory twardości charakteryzują się niewielkimi ilościami powodującymi efekt Rebindera i specyficznością działania. Dodatki zwilżające materiał ułatwiają penetrację medium w miejsca ubytków, a za pomocą sił kapilarnych ułatwiają również niszczenie bryły. Surfaktanty nie tylko przyczyniają się do niszczenia materiału, ale także stabilizują stan rozproszony, zapobiegając sklejaniu się cząstek.

Układy o maksymalnym stopniu dyspersji można otrzymać jedynie metodami kondensacyjnymi.

Można również otrzymać roztwory koloidalne metoda kondensacji chemicznej, w oparciu o prowadzenie reakcji chemicznych, którym towarzyszy tworzenie nierozpuszczalnych lub słabo rozpuszczalnych substancji. W tym celu stosuje się różnego rodzaju reakcje - rozkład, hydrolizę, redoks itp.

Oczyszczanie układów rozproszonych.

Zole i roztwory związków o dużej masie cząsteczkowej (HMC) zawierają związki o małej masie cząsteczkowej jako niepożądane zanieczyszczenia. Są one usuwane za pomocą następujących metod.

Dializa. Dializa była historycznie pierwszą metodą oczyszczania. Zaproponował ją T. Graham (1861). Schemat najprostszego dializatora pokazano na ryc. 3 (patrz załącznik). Zol, który ma być oczyszczony, czyli roztwór wewnątrzmaciczny, wlewa się do naczynia, którego dno stanowi membrana, która zatrzymuje cząstki koloidalne lub makrocząsteczki i przepuszcza cząsteczki rozpuszczalnika i zanieczyszczenia o niskiej masie cząsteczkowej. Czynnikiem zewnętrznym mającym kontakt z membraną jest rozpuszczalnik. Zanieczyszczenia niskocząsteczkowe, których stężenie w popiele lub roztworze makrocząsteczkowym jest wyższe, przechodzą przez membranę do środowiska zewnętrznego (dializat). Na rysunku kierunek przepływu zanieczyszczeń niskocząsteczkowych pokazano strzałkami. Oczyszczanie trwa do momentu, gdy stężenia zanieczyszczeń w popiele i dializacie zbliżą się do wielkości (dokładniej, dopóki potencjały chemiczne w popiele i dializacie nie zostaną wyrównane). Jeśli zaktualizujesz rozpuszczalnik, możesz prawie całkowicie pozbyć się zanieczyszczeń. Takie zastosowanie dializy jest właściwe, gdy celem oczyszczania jest usunięcie wszystkich substancji o niskiej masie cząsteczkowej przechodzących przez membranę. Jednak w niektórych przypadkach zadanie może okazać się trudniejsze – konieczne jest pozbycie się tylko pewnej części związków niskocząsteczkowych w układzie. Następnie jako środowisko zewnętrzne stosuje się rozwiązanie tych substancji, które muszą być przechowywane w systemie. To zadanie jest ustawiane podczas oczyszczania krwi z niskocząsteczkowych żużli i toksyn (sole, mocznik itp.).

Ultrafiltracja. Ultrafiltracja to metoda oczyszczania polegająca na przetłaczaniu przez ultrafiltry ośrodka dyspersyjnego wraz z zanieczyszczeniami o małej masie cząsteczkowej. Ultrafiltry to membrany tego samego typu, które są używane do dializy.

Najprostszą instalację ultrafiltracyjną pokazano na ryc. 4 (patrz załącznik). Oczyszczony roztwór zolu lub wkładki wlewa się do worka z ultrafiltra. Zol jest poddawany działaniu nadciśnienia w porównaniu z ciśnieniem atmosferycznym. Może być tworzony przez zewnętrzne źródło (zbiornik sprężonego powietrza, sprężarka itp.) lub przez dużą kolumnę cieczy. Ośrodek dyspersyjny jest odnawiany przez dodanie czystego rozpuszczalnika do zolu. Aby prędkość czyszczenia była wystarczająco wysoka, aktualizacja jest przeprowadzana tak szybko, jak to możliwe. Osiąga się to poprzez zastosowanie znacznych nadciśnień. Aby membrana wytrzymała takie obciążenia, nakłada się ją na wspornik mechaniczny. Takim podparciem są kratki i płyty z otworami, filtry szklane i ceramiczne.

Mikrofiltracja . Mikrofiltracja to separacja za pomocą filtrów mikrocząstek o wielkości od 0,1 do 10 mikronów. Wydajność mikrofiltratu zależy od porowatości i grubości membrany. Do oceny porowatości, czyli stosunku powierzchni porów do całkowitej powierzchni filtra, stosuje się różne metody: wykrawanie cieczy i gazów, pomiar przewodności elektrycznej membran, układy wykrawania zawierające kalibrowane cząstki fazy rozproszonej itp.

Filtry mikroporowate wykonane są z substancji nieorganicznych i polimerów. Poprzez spiekanie proszków można uzyskać membrany z porcelany, metali i stopów. Membrany polimerowe do mikrofiltracji wykonywane są najczęściej z celulozy i jej pochodnych.

Elektrodializa. Usuwanie elektrolitów można przyspieszyć, stosując narzuconą z zewnątrz różnicę potencjałów. Ta metoda oczyszczania nazywana jest elektrodializą. Jego stosowanie do oczyszczania różnych układów z obiektami biologicznymi (roztwory białek, surowica krwi itp.) rozpoczęło się w wyniku udanej pracy Doré (1910). Urządzenie najprostszego elektrodializatora pokazano na ryc. 5 (patrz załącznik). Czyszczony przedmiot (zol, roztwór IUD) umieszcza się w środkowej komorze 1, a medium wlewa się do dwóch bocznych komór. W komorach katody 3 i anody 5 jony przechodzą przez pory w membranach pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego.

Elektrodializa jest najbardziej odpowiednia do oczyszczania, gdy można zastosować wysokie napięcie elektryczne. W większości przypadków na początkowym etapie oczyszczania układy zawierają dużo rozpuszczonych soli, a ich przewodność elektryczna jest wysoka. Dlatego przy wysokim napięciu może zostać uwolniona znaczna ilość ciepła, aw układach z białkami lub innymi składnikami biologicznymi mogą wystąpić nieodwracalne zmiany. Dlatego racjonalne jest stosowanie elektrodializy jako ostatecznej metody oczyszczania, z wykorzystaniem predializy.

Łączny metody czyszczenia. Oprócz poszczególnych metod oczyszczania – ultrafiltracji i elektrodializy – znana jest ich kombinacja: elektroultrafiltracja, stosowana do oczyszczania i rozdzielania białek.

Możliwe jest oczyszczenie i jednoczesne zwiększenie stężenia zolu lub roztworu wkładki wewnątrzmacicznej metodą tzw elektrokantacja. Metodę zaproponował V. Pauli. Elektrodekantacja występuje, gdy elektrodializator pracuje bez mieszania. Cząstki zolu lub makrocząsteczki mają swój własny ładunek i pod wpływem pola elektrycznego poruszają się w kierunku jednej z elektrod. Ponieważ nie mogą przejść przez błonę, ich stężenie na jednej z błon wzrasta. Z reguły gęstość cząstek różni się od gęstości ośrodka. Dlatego w miejscu koncentracji zolu gęstość układu różni się od wartości średniej (zwykle gęstość wzrasta wraz ze wzrostem stężenia). Stężony zol przepływa na dno elektrodializatora, aw komorze zachodzi cyrkulacja, która trwa do momentu prawie całkowitego usunięcia cząstek.

Roztwory koloidalne, aw szczególności roztwory koloidów liofobowych, oczyszczone i stabilizowane, pomimo swojej niestabilności termodynamicznej, mogą istnieć w nieskończoność. Przygotowane przez Faradaya roztwory zolowego czerwonego złota nie uległy jeszcze widocznym zmianom. Dane te sugerują, że układy koloidalne mogą znajdować się w równowadze metastabilnej.

Filtracja, dializa, elektrodializa i ultrafiltracja służą do oczyszczania rozproszonych układów z zanieczyszczeń.

Filtracja (łac. Filtrum- filc) to metoda separacji polegająca na przepuszczaniu rozdrobnionej mieszaniny przez porowatą warstwę. W tym przypadku małe cząstki df przechodzą przez pory konwencjonalnych filtrów, podczas gdy duże cząsteczki są zatrzymywane. Tak więc filtrację stosuje się również do usuwania dużych cząstek z dyspersji.

dializy (gr. Dyaliza- separacja) to metoda usuwania związków małocząsteczkowych z rozproszonych układów i roztworów wkładek wewnątrzmacicznych za pomocą membran. W dializatorze mieszanina płynów, która ma być dializowana, jest oddzielana od czystego rozpuszczalnika za pomocą odpowiedniej membrany (ryc. 2.6). Cząstki DP i makrocząsteczki są zatrzymywane przez membranę, podczas gdy małe cząsteczki i jony o małych rozmiarach dyfundują przez membranę do rozpuszczalnika i…
jego wystarczająco częsta wymiana może być prawie całkowicie usunięta z mieszaniny nadającej się do dializy.

Zdolność separacyjna membran względem substancji małocząsteczkowych polega na tym, że małe cząsteczki i jony swobodnie przechodzą przez pory (naczynia włosowate) penetrując membranę lub rozpuszczają się w substancji membranowej.

Różne filmy, zarówno naturalne, jak i sztuczne, są używane jako membrany do dializy. Błony naturalne: pęcherz bydlęcy lub świński, pęcherz pławny ryb. Sztuczne: folie z nitrocelulozy, octanu celulozy, celofanu, żelatyny i innych polimerów.

Istnieje szeroka gama dializatorów - urządzeń do dializy. Wszystkie dializatory są zbudowane zgodnie z ogólną zasadą. Mieszanina do dializy (płyn wewnętrzny) znajduje się w naczyniu, w którym jest oddzielona od wody lub innego rozpuszczalnika (płyn zewnętrzny) za pomocą membrany (ryc. 2.6). szybkość dializy wzrasta wraz ze wzrostem powierzchni membrany, jej porowatości i wielkości porów, wraz ze wzrostem temperatury, intensywności mieszania płynu dializowanego, tempa zmian płynu zewnętrznego i maleje wraz ze wzrostem membrany grubość.

Aby zwiększyć szybkość dializy elektrolitów o niskiej masie cząsteczkowej, stosuje się elektrodializę. W tym celu w dializatorze wytwarza się stałe pole elektryczne o spadku potencjału 20-250 V/cm i większym (ryc. 2.7). Prowadzenie dializy w polu elektrycznym pozwala na kilkudziesięciokrotne przyspieszenie oczyszczania rozproszonych układów.

Ultrafiltracja (łac. Ultra- w nadmiarze, filtr- filc) służy do czyszczenia układów zawierających mikrocząsteczki (zole, roztwory wewnątrzmaciczne, zawiesiny bakterii, wirusów). Metoda polega na wymuszonym rozdzieleniu mieszaniny przez filtry z porami, które przepuszczają tylko cząsteczki i jony substancji o małej masie cząsteczkowej. Ultrafiltrację można traktować jako dializę ciśnieniową. Jest szeroko stosowany do oczyszczania wody, białek, kwasów nukleinowych, enzymów, witamin itp.