วิธีการรับระบบการกระจาย วิธีการทำให้บริสุทธิ์ของระบบที่กระจายอยู่ วิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งระบบที่กระจายตัวและการทำให้บริสุทธิ์
ระบบกระจายตัวเป็นระบบที่อนุภาคขนาดเล็กของสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้นถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอนุภาคของสารอีกชนิดหนึ่ง ระยะการกระจายเรียกว่าอนุภาคขนาดเล็กของสารที่กระจายอยู่ในระบบ สื่อกระจายตัวคือสารที่มีการกระจายเฟสกระจายตัว 3 ระบบกระจายต่างกัน: อนุภาคของเฟสกระจายมีขนาดมากกว่า 1·10-9 ม. และประกอบเป็นเฟสแยกจากตัวกลางกระจาย ระบบการกระจายที่เป็นเนื้อเดียวกัน: ไม่มีส่วนต่อประสานระหว่างเฟสที่กระจายตัวและตัวกลางที่กระจายตัว (วิธีแก้ปัญหาที่แท้จริง) ขนาดของโมเลกุลไอออนมีขนาดเล็กกว่า 1 10-9 ม.
ด้วยระดับของการกระจาย สู่การทำให้บริสุทธิ์ของระบบกระจายตัว 4 ระดับของการกระจาย (D) คือส่วนกลับของขนาดอนุภาค (d) D = 1/d ยิ่งขนาดอนุภาคเล็กลง การกระจายตัวของระบบก็จะยิ่งมากขึ้น การจำแนกประเภทตามระดับของการกระจายตัว หยาบ (d \u003d m) (สารแขวนลอยหยาบ, อิมัลชัน, ผง) . การกระจายตัวปานกลาง (d = m) (สารแขวนลอยบาง, ควัน, เนื้อที่มีรูพรุน) กระจายตัวสูง (d = m) (ระบบคอลลอยด์)
การได้รับระบบกระจาย วิธีการกระจาย วิธีการกลุ่มนี้ผสมผสานวิธีการทางกลซึ่งของแข็งถูกบด บด หรือแยก โดยทั่วไปสำหรับห้องปฏิบัติการ อุตสาหกรรม และกระบวนการกระจายที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ในสภาพห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม กระบวนการเหล่านี้ดำเนินการในเครื่องบด หินโม่ และโรงสีที่มีการออกแบบต่างๆ ที่พบมากที่สุดคือหัวบอลมิลล์ซึ่งระบบได้รับขนาดอนุภาคตั้งแต่ 2 - 3 ถึง 50 - 70 ไมครอน ในโรงสีคอลลอยด์ของการออกแบบต่างๆ นั้นทำให้มีการกระจายที่ละเอียดยิ่งขึ้น หลักการทำงานของโรงสีดังกล่าวขึ้นอยู่กับการพัฒนาของแรงทำลายในสารแขวนลอยหรืออิมัลชันภายใต้การกระทำของแรงเหวี่ยง ในกรณีนี้ อนุภาคขนาดใหญ่ที่แขวนลอยจะสัมผัสกับแรงฉีกขาดอย่างมากและถูกกระจายออกไป การกระจายตัวสูงสามารถทำได้โดยการกระจายตัวแบบอัลตราโซนิก มีการทดลองแล้วว่าการกระจายตัวขึ้นอยู่กับความถี่ของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกโดยตรง อิมัลชันที่ได้จากวิธีอัลตราโซนิกนั้นแตกต่างกันไปตามความสม่ำเสมอของขนาดอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว ห้า
วิธีการกระจายตัว วิธีการของ Bredig ขึ้นอยู่กับการก่อตัวของอาร์คโวลตาอิกระหว่างอิเล็กโทรดโลหะที่กระจายตัวได้ซึ่งวางอยู่ในน้ำ สาระสำคัญของวิธีการนี้อยู่ที่การพ่นโลหะของอิเล็กโทรดในส่วนโค้งรวมถึงการควบแน่นของไอโลหะที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง วิธี Svedberg ซึ่งใช้การคายประจุไฟฟ้าแรงสูงที่ทำให้เกิดประกายไฟระหว่างขั้วไฟฟ้า วิธีนี้สามารถใช้เพื่อให้ได้ไฮโดรซอลไม่เพียง แต่ยังรวมถึงออร์กาโนซอลของโลหะต่างๆ ระหว่างการบดและการเจียร วัสดุจะถูกทำลายเป็นหลักในบริเวณที่มีข้อบกพร่องด้านความแข็งแรง (รอยแตกขนาดใหญ่และขนาดเล็ก) ดังนั้น เมื่ออนุภาคถูกบดอัด ความแข็งแรงของอนุภาคจึงเพิ่มขึ้น ซึ่งโดยปกติแล้วจะใช้ในการสร้างวัสดุที่แข็งแรงขึ้น ในเวลาเดียวกัน ความแข็งแรงของวัสดุที่เพิ่มขึ้นขณะที่วัสดุถูกบดทำให้มีการใช้พลังงานจำนวนมากสำหรับการกระจายต่อไป การทำลายวัสดุสามารถอำนวยความสะดวกได้โดยใช้เอฟเฟกต์ Rehbinder - การดูดซับที่ลดลงในความแข็งแรงของของแข็ง ผลกระทบนี้คือการลดพลังงานพื้นผิวด้วยความช่วยเหลือของสารลดแรงตึงผิวซึ่งช่วยให้ของแข็งเสียรูปและทำลายได้ง่าย (โลหะเหลวสำหรับการทำลายโลหะแข็ง) การใช้วิธีการกระจายมักจะล้มเหลวในการกระจายตัวที่สูงมาก ระบบที่มีขนาดอนุภาคตามลำดับ - 10 7 ซม. ได้มาจากวิธีการควบแน่น 6 การผลิตระบบกระจายตัว
วิธีการควบแน่น (ทางกายภาพ) วิธีการควบแน่นขึ้นอยู่กับกระบวนการของการเกิดเฟสใหม่โดยการรวมโมเลกุล ไอออน หรืออะตอมในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน วิธีการเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นทางกายภาพและทางเคมี การควบแน่นทางกายภาพ - การควบแน่นจากไอระเหยและการเปลี่ยนตัวทำละลาย (การก่อตัวของหมอก). วิธีการเปลี่ยนตัวทำละลาย (เปลี่ยนองค์ประกอบของตัวกลาง) ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของระบบ ซึ่งศักยภาพทางเคมีของส่วนประกอบในตัวกลางกระจายจะสูงกว่าสมดุลและแนวโน้มการเปลี่ยนแปลง สู่สภาวะสมดุลนำไปสู่การสร้างเฟสใหม่ สารละลายของกำมะถัน ฟอสฟอรัส สารหนู และสารอินทรีย์หลายชนิดได้ด้วยวิธีนี้โดยการเทสารละลายแอลกอฮอล์หรืออะซิโตนของสารเหล่านี้ลงในน้ำ 7 การได้รับระบบกระจายตัว
วิธีการควบแน่น (เคมี) การควบแน่นทางเคมี: สารที่ก่อให้เกิดเฟสที่กระจายตัวนั้นเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี ดังนั้น ปฏิกิริยาเคมีใดๆ ที่เกิดขึ้นจากการก่อตัวของเฟสใหม่สามารถเป็นที่มาของการได้รับระบบคอลลอยด์ 1. การกู้คืน (การเตรียมโซลทองโดยการลดลงของกรดไฮโดรคลอริกทอง): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. ออกซิเดชัน (การก่อตัวของซัลเฟอร์โซลในน้ำไฮโดรเทอร์มอลด้วยตัวออกซิไดซ์ (ซัลเฟอร์ไดออกไซด์หรือ ออกซิเจน)): 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O 3. การไฮโดรไลซิส 4. ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน (ได้รับโซลของสารหนูซัลไฟด์): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \u003d As 2 S 3 + 6H 2 O ดังนั้น ที่ความเข้มข้นของสารในสารละลายเกินความสามารถในการละลายได้ เช่น สารละลายจะต้องมีความอิ่มตัวสูง 8 การผลิตระบบกระจายตัว
วิธีการทำความสะอาดสารละลายคอลลอยด์ สารละลายและสารละลายของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMCs) มีสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเป็นสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการ พวกเขาจะถูกลบออกโดยวิธีการต่อไปนี้ การล้างไตเป็นวิธีแรกในการทำให้บริสุทธิ์ในอดีต การทำให้สารละลายคอลลอยด์บริสุทธิ์ผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ ซึ่งถูกล้างด้วยตัวทำละลาย อิเล็กโทรไดอะไลซิสเป็นกระบวนการทำความสะอาดโซลจากสิ่งเจือปนอิเล็กโทรไลต์ในสนามไฟฟ้าที่เร่งการเคลื่อนที่ของไอออน การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเป็นวิธีการทำความสะอาดโดยการบังคับตัวกลางที่กระจายตัวพร้อมกับสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านตัวกรองอัลตรา ไมโครฟิลเตรชัน คือ การแยกสารโดยใช้ตัวกรองของอนุภาคขนาดเล็กตั้งแต่ 0.1 ถึง 10 ไมครอน วิธีการทำความสะอาดแบบรวม นอกเหนือจากวิธีการทำให้บริสุทธิ์แต่ละวิธี - การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันและการไดอะไลซิสด้วยไฟฟ้า - เป็นที่ทราบกันดีว่าการรวมกันของวิธีการเหล่านี้: การกรองด้วยไฟฟ้าแบบอัลตราฟิลเตรชันที่ใช้ในการทำให้บริสุทธิ์และแยกโปรตีน เป็นไปได้ที่จะทำให้บริสุทธิ์และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความเข้มข้นของโซลหรือสารละลายของห่วงอนามัยโดยใช้วิธีการที่เรียกว่าการแยกทางด้วยไฟฟ้า การดีแคนเตชั่นด้วยไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อเครื่องอิเล็กโทรไดอะไลเซอร์ทำงานโดยไม่มีการกวน เก้า
เนื่องจากสิ่งเจือปนที่มีโมเลกุลต่ำ (อิเล็กโทรไลต์แปลกปลอม) สามารถทำลายระบบคอลลอยด์ได้ โซลที่เป็นผลลัพธ์จึงต้องได้รับการทำให้บริสุทธิ์ในหลายกรณี ระบบที่แยกตัวจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ (น้ำยาง น้ำมันดิบ วัคซีน ซีรั่ม ฯลฯ) ก็ได้รับการทำให้บริสุทธิ์เช่นกัน ในการขจัดสิ่งเจือปน ให้ใช้: การล้างไต การฟอกไตด้วยไฟฟ้า การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชัน
การล้างไต- การสกัดสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจากโซลด้วยตัวทำละลายบริสุทธิ์โดยใช้พาร์ติชันแบบกึ่งซึมผ่านได้ (เมมเบรน) ซึ่งอนุภาคคอลลอยด์ไม่ผ่าน ขณะนี้ได้มีการเสนอการออกแบบไดอะไลเซอร์ที่ได้รับการปรับปรุงมากมายเพื่อให้กระบวนการทำความสะอาดเร็วขึ้น ความเข้มข้นของการฟอกไตทำได้โดย: การเพิ่มพื้นผิวของเยื่อหุ้ม; การลดชั้นของของเหลวที่จะทำให้บริสุทธิ์ การเปลี่ยนของเหลวภายนอกบ่อยหรือต่อเนื่อง อุณหภูมิสูงขึ้น
การฟอกไตด้วยไฟฟ้า– เร่งการฟอกเลือดโดยใช้สนามไฟฟ้าภายนอก อิเล็กโทรไดอะไลซิสเกิดจากการเคลื่อนตัวของไอออนผ่านเมมเบรนภายใต้การกระทำของความต่างศักย์ที่ใช้ลำดับที่ 40 โวลต์/ซม.
อัลตราฟิลเตรชัน- การฟอกไตด้วยไฟฟ้าภายใต้ความกดดัน โดยพื้นฐานแล้ว อัลตราฟิลเตรชันไม่ใช่วิธีการทำให้โซลบริสุทธิ์ แต่เป็นเพียงวิธีการทำให้โซลเข้มข้นขึ้น
ตัวอย่างที่น่าสนใจของการผสมผสานระหว่างเครื่องฟอกไตและอัลตราฟิลเตรชันคืออุปกรณ์ "ไตเทียม" ซึ่งออกแบบมาเพื่อทดแทนการทำงานของไตชั่วคราวในภาวะไตวายเฉียบพลัน อุปกรณ์นี้เชื่อมต่อกับระบบไหลเวียนโลหิตของผู้ป่วย เลือดภายใต้แรงดันที่สร้างขึ้นโดยปั๊มที่เต้นเป็นจังหวะ ("หัวใจเทียม") จะไหลในช่องว่างแคบๆ ระหว่างเยื่อสองชิ้น โดยชะล้างจากภายนอกด้วยน้ำเกลือ เนื่องจากพื้นที่ทำงานขนาดใหญ่ของเยื่อ (~ 15,000 ซม. 2) "ตะกรัน" จะถูกกำจัดออกจากเลือดค่อนข้างเร็ว (3-4 ชั่วโมง) - ผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญและการสลายตัวของเนื้อเยื่อ (ยูเรีย, ครีเอทีน, โพแทสเซียมไอออน ฯลฯ .).
การใช้เมมเบรนที่มีความพรุนบางอย่างสำหรับอัลตราฟิลเตอร์ มีความเป็นไปได้ในระดับหนึ่งที่จะแยกอนุภาคคอลลอยด์ตามขนาด และในขณะเดียวกันก็สามารถกำหนดขนาดของอนุภาคคอลลอยด์โดยประมาณได้ วิธีนี้ใช้เพื่อกำหนดขนาดอนุภาคของไวรัสและแบคทีเรียจำนวนหนึ่ง
การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันใช้ในการทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนทางกล วิธีนี้ใช้เพื่อแยกโมเลกุลของของเหลวออกจากอนุภาคของระบบคอลลอยด์
ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของน้ำเสีย มีการใช้แผ่นกรองบางประเภท สำหรับการกรองขนาดเล็กของน้ำธรรมชาติปริมาณมากที่งานประปา เมื่อทำความสะอาดส่วนใหญ่จากแพลงก์ตอนและจุลินทรีย์ จะใช้ตะแกรงโลหะ ในกรณีของการทำความสะอาดจากอนุภาคย่อยไมครอนและโมเลกุลขนาดใหญ่ จะใช้เมมเบรนโพลิเมอร์ที่มีขนาดรูพรุนต่างกัน
คำถามและงานสำหรับการควบคุมตนเอง
1. ระเบียบวินัย "เคมีคอลลอยด์" ศึกษาอะไร?
2. ความแตกต่างระหว่างสารละลายคอลลอยด์กับสารละลายจริงคืออะไร?
3. การจำแนกประเภทของระบบกระจายแต่ละประเภทขึ้นอยู่กับคุณลักษณะใดบ้าง
4. วิธีการรับระบบกระจายคืออะไร? สาระสำคัญของแต่ละวิธีคืออะไร?
5. ระบบคอลลอยด์สามารถทำความสะอาดได้อย่างไร? ทำไมคุณต้องทำเช่นนี้?
บทที่ 2
เทอร์โมไดนามิกส์
ปรากฏการณ์พื้นผิว
ในระบบการกระจายตัว โมเลกุลหรืออะตอมส่วนใหญ่ที่ประกอบกันเป็นสสารจะอยู่ที่ส่วนต่อประสาน โมเลกุลพื้นผิวเหล่านี้แตกต่างจากโมเลกุลภายในเฟสในสถานะพลังงาน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของพลังงานพื้นผิวส่วนเกิน พลังงานพื้นผิวส่วนเกินจะเท่ากับผลคูณของแรงตึงผิวและพื้นที่ระหว่างผิวหน้า:
ระบบอุณหพลศาสตร์ใด ๆ มีแนวโน้มที่จะลดพลังงานพื้นผิว พลังงานพื้นผิวส่วนเกินสามารถลดลงได้โดย:
· การลดแรงตึงผิว: การดูดซับ การยึดเกาะ การทำให้เปียก การก่อตัวของชั้นไฟฟ้าสองชั้น
· การลดลงของพื้นที่ผิว: รูปทรงกลมของหยดน้ำ (การปรับพื้นผิวให้เรียบ), การรวมตัวของอนุภาค (การจับตัวเป็นก้อน, การรวมตัว, การรวมตัวกัน)
มีสองวิธีทั่วไปในการได้รับ disp ระบบ - การกระจายและการควบแน่น วิธีการกระจายขึ้นอยู่กับการบดอนุภาคขนาดมหึมาจนถึงขนาดนาโน (1-100 นาโนเมตร)
การเจียรเชิงกลไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากใช้พลังงานสูง ในห้องปฏิบัติการจะใช้การบดแบบอัลตราโซนิก ระหว่างการเจียร กระบวนการสองกระบวนการจะแข่งขันกัน: การกระจายตัวและการรวมตัวของอนุภาคที่เป็นผลลัพธ์ อัตราส่วนของอัตราของกระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการบด อุณหภูมิ ลักษณะของเฟสของเหลว การมีอยู่ของสารเพิ่มความคงตัว โดยการเลือกเงื่อนไขที่เหมาะสม เป็นไปได้ที่จะได้อนุภาคที่มีขนาดที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม การกระจายขนาดอนุภาคนั้นค่อนข้างกว้าง
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการกระจายของแข็งที่เกิดขึ้นเองในเฟสของเหลว สามารถสังเกตกระบวนการที่คล้ายกันสำหรับสารที่มีโครงสร้างเป็นชั้น ในโครงสร้างดังกล่าว มีอันตรกิริยาที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอมภายในเลเยอร์และอันตรกิริยา v-d-v ที่อ่อนแอระหว่างเลเยอร์ ตัวอย่างเช่น โมลิบดีนัมและทังสเตนซัลไฟด์ซึ่งมีโครงสร้างเป็นชั้น กระจายตัวโดยธรรมชาติในอะซีโตไนไตรล์เพื่อสร้างอนุภาค bilayer ขนาดนาโนเมตร ในกรณีนี้ เฟสของเหลวจะแทรกซึมระหว่างชั้น เพิ่มระยะห่างระหว่างชั้น และอันตรกิริยาระหว่างชั้นจะอ่อนลง ภายใต้การกระทำของการสั่นสะเทือนจากความร้อนจะมีการแยกอนุภาคนาโนออกจากพื้นผิวของเฟสของแข็ง
วิธีการควบแน่นแบ่งเป็นทางกายภาพและเคมี การก่อตัวของอนุภาคนาโนเกิดขึ้นผ่านชุดของสถานะการเปลี่ยนผ่านระหว่างการก่อตัวของมวลสารระดับกลาง ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของนิวเคลียสเฟสใหม่ การเจริญเติบโตที่เกิดขึ้นเอง และการปรากฏตัวของส่วนต่อประสานเฟสทางกายภาพ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่ามีอัตราการสร้างตัวอ่อนสูงและอัตราการเจริญเติบโตต่ำ
วิธีการทางกายภาพใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้อนุภาคโลหะละเอียดมาก วิธีการเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นการควบแน่นแบบกระจายตัว ในขั้นแรก โลหะจะกระจายไปสู่อะตอมโดยการระเหย จากนั้นเนื่องจากการอิ่มตัวของไอระเหยทำให้เกิดการควบแน่น
วิธีลำแสงโมเลกุลใช้เพื่อให้ได้การเคลือบที่มีความหนาประมาณ 10 นาโนเมตร วัสดุเริ่มต้นในห้องไดอะแฟรมถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงภายใต้สุญญากาศ อนุภาคที่ระเหยผ่านไดอะแฟรมก่อตัวเป็นลำแสงโมเลกุล ความเข้มของลำแสงและอัตราการควบแน่นของอนุภาคบนวัสดุพิมพ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันไอเหนือวัสดุต้นทาง
วิธีละอองลอยประกอบด้วยการระเหยของโลหะในบรรยากาศที่หายากของก๊าซเฉื่อยที่อุณหภูมิต่ำ ตามด้วยการควบแน่นของไอระเหย วิธีนี้ใช้เพื่อให้ได้อนุภาคนาโน Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al; ออกไซด์ ไนไตรด์ ซัลไฟด์ของพวกมัน
การสังเคราะห์ด้วยความเย็นขึ้นอยู่กับการควบแน่นของอะตอมโลหะ (หรือสารประกอบโลหะ) ที่อุณหภูมิต่ำในเมทริกซ์เฉื่อย
การควบแน่นของสารเคมี. สารละลายคอลลอยด์ของทองคำ (สีแดง) ที่มีขนาดอนุภาคได้รับในปี พ.ศ. 2400 โดยฟาราเดย์ โซลนี้จัดแสดงอยู่ที่บริติชมิวเซียม ความเสถียรของมันอธิบายได้จากการก่อตัวของ DEL ที่ส่วนต่อประสานของสารละลายเฟสของแข็งและการเกิดขึ้นของส่วนประกอบไฟฟ้าสถิตของแรงดันที่แยกจากกัน
บ่อยครั้งที่การสังเคราะห์อนุภาคนาโนจะดำเนินการในสารละลายระหว่างปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยารีดักชั่นถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้อนุภาคโลหะ อะลูมิเนียมและโบโรไฮไดรด์, ไฮโปฟอสไฟต์ ฯลฯ เป็นตัวรีดิวซ์ ตัวอย่างเช่น โซลทองที่มีขนาดอนุภาค 7 นาโนเมตรได้มาจากรีดิวซ์คลอไรด์ทองด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์
อนุภาคนาโนของเกลือหรือออกไซด์ของโลหะได้มาจากปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนหรือปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส
สารลดแรงตึงผิวจากธรรมชาติและสารสังเคราะห์ใช้เป็นตัวปรับความคงตัว
สังเคราะห์อนุภาคนาโนที่มีองค์ประกอบผสม ตัวอย่างเช่น Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO 2 /SiO 2 อนุภาคนาโนดังกล่าวได้มาจากการทับถมของโมเลกุลชนิดหนึ่ง (เปลือก) บนอนุภาคนาโนชนิดอื่น (แกนกลาง) ที่สังเคราะห์ไว้ล่วงหน้า
ข้อเสียเปรียบหลักของวิธีการทั้งหมดคือการกระจายขนาดที่กว้างของอนุภาคนาโน วิธีการหนึ่งในการควบคุมขนาดของอนุภาคนาโนเกี่ยวข้องกับการเตรียมอนุภาคนาโนในไมโครอิมัลชันแบบย้อนกลับ ในรีเวิร์สไมโครอิมัลชัน เฟสดิสคือน้ำ ตัวกลางกระจายคือน้ำมัน ขนาดหยดน้ำ (หรือของเหลวมีขั้วอื่นๆ) อาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเตรียมและลักษณะของสารทำให้คงตัว หยดน้ำเล่นบทบาทของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งเฟสใหม่กำลังก่อตัวขึ้น ขนาดของอนุภาคผลลัพธ์จะถูกจำกัดโดยขนาดของหยดน้ำ รูปร่างของอนุภาคนี้จะซ้ำกับรูปร่างของหยดน้ำ
วิธีโซลเจลประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ ต่อไปนี้: 1. การเตรียมสารละลายเริ่มต้น มักจะประกอบด้วยโลหะอัลคอกไซด์ M(OR) n โดยที่ M คือซิลิกอน ไททาเนียม สังกะสี อะลูมิเนียม ดีบุก ซีเรียม ฯลฯ R คืออัลคาไลหรือแอริล 2. การเกิดเจลเนื่องจากปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน 3. การทำให้แห้ง 4. การรักษาความร้อน ไฮโดรไลซิสในตัวทำละลายอินทรีย์
M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.
จากนั้นจะเกิดพอลิเมอไรเซชันและการเกิดเจล
mM (OH) n (MO) 2 + 2mH 2 O
วิธีการทำให้บริสุทธิ์แยกแยะความแตกต่างระหว่างการหลั่งน้ำย่อยเมื่อล้างการตกตะกอนการตกตะกอนของตะกอนด้วยอิเล็กโทรไลต์ การทำให้บริสุทธิ์ด้วยสารลดแรงตึงผิว เปปไทเซชันทางเคมี
การทำให้เป็นเปปไทด์ระหว่างการล้างตะกอนจะลดลงเป็นการกำจัดอิเล็กโทรไลต์ออกจากตะกอนซึ่งทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อน ในกรณีนี้ ความหนาของ DEL จะเพิ่มขึ้น และแรงผลักของอิออน-ไฟฟ้าสถิตจะมีมากกว่าแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล
การทำให้ตกตะกอนด้วยอิเล็กโทรไลต์มีความเกี่ยวข้องกับความสามารถของอิเล็กโทรไลต์ตัวใดตัวหนึ่งในการดูดซับบนอนุภาค ซึ่งก่อให้เกิด DES บนอนุภาค
เปปไทเซชันด้วยสารลดแรงตึงผิว โมเลกุลขนาดใหญ่ของสารลดแรงตึงผิวจะถูกดูดซับบนอนุภาคหรือให้ประจุแก่พวกมัน (สารลดแรงตึงผิวที่เป็นไอออนิก) หรือก่อตัวเป็นอุปสรรคในการดูดซับและการละลายที่ป้องกันไม่ให้อนุภาคเกาะติดกันในตะกอน
การปล่อยสารเคมีเกิดขึ้นเมื่อสารที่เติมเข้าไปในระบบทำปฏิกิริยากับตะกอน ในกรณีนี้ อิเล็กโทรไลต์จะก่อตัวขึ้น ซึ่งก่อตัวเป็น DEL บนพื้นผิวของอนุภาค
สองวิธีในการรับระบบกระจาย - การกระจายและการควบแน่น
การกระจายตัวและการควบแน่น - วิธีการเพื่อให้ได้มาซึ่งระบบที่กระจายตัวอิสระ: ผง สารแขวนลอย โซล อิมัลชัน ฯลฯ ภายใต้การกระจาย เข้าใจการบดและการบดของสารโดยการควบแน่น - การก่อตัวของระบบกระจายตัวที่ต่างกันจากสารที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งเป็นผลมาจากการรวมตัวกันของโมเลกุล อะตอม หรือไอออนในมวลรวม
ในการผลิตสารและวัสดุต่างๆ ของโลก กระบวนการกระจายตัวและการควบแน่นเป็นหนึ่งในสถานที่ชั้นนำ วัตถุดิบและผลิตภัณฑ์หลายพันล้านตันได้มาในสถานะที่กระจัดกระจายอย่างอิสระ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจในความสะดวกในการขนส่งและปริมาณและยังทำให้สามารถรับวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันในการเตรียมสารผสม
ตัวอย่าง ได้แก่ การบดและบดแร่ ถ่านหิน การผลิตซีเมนต์ การกระจายตัวเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเหลว
การควบแน่น เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของหมอกระหว่างการตกผลึก
ควรสังเกตว่าในระหว่างการกระจายตัวและการควบแน่น การก่อตัวของระบบกระจายจะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของพื้นผิวใหม่ เช่น การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวเฉพาะของสารและวัสดุ บางครั้งเพิ่มขึ้นเป็นพันเท่า ดังนั้นการได้รับระบบแบบกระจายจึงต้องใช้พลังงาน
ระหว่างการบดและการเจียร วัสดุจะถูกทำลายเป็นหลักในบริเวณที่มีข้อบกพร่องด้านความแข็งแรง (รอยแตกขนาดใหญ่และขนาดเล็ก) ดังนั้น เมื่อกระบวนการบดละเอียดเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของอนุภาคก็เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นสำหรับการกระจายตัวต่อไป
การทำลายวัสดุสามารถทำได้โดยใช้ เอฟเฟกต์รีไบน์เดอร์ – การดูดซับที่ลดลงของความคดเคี้ยวของของแข็ง ผลกระทบนี้คือการลดพลังงานพื้นผิวด้วยความช่วยเหลือของสารลดแรงตึงผิว จึงช่วยอำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนรูปและการทำลายของแข็ง เป็นสารลดแรงตึงผิวดังกล่าวในที่นี้เรียกว่า ตัวลดความแข็ง,สามารถใช้ เช่น โลหะเหลวเพื่อทำลายโลหะแข็งหรือสารลดแรงตึงผิวทั่วไป
ตัวลดความกระด้างมีลักษณะเป็นปริมาณเล็กน้อยที่ทำให้เกิด Rebinder effect และความจำเพาะของการกระทำ สารเติมแต่งที่ทำให้วัสดุเปียกช่วยให้ตัวกลางแทรกซึมเข้าไปในจุดที่มีข้อบกพร่อง และด้วยความช่วยเหลือจากแรงของเส้นเลือดฝอย ยังช่วยอำนวยความสะดวกในการทำลายของแข็ง สารลดแรงตึงผิวไม่เพียงแต่มีส่วนในการทำลายวัสดุเท่านั้น แต่ยังทำให้สถานะกระจายตัวคงที่ ป้องกันไม่ให้อนุภาคเกาะติดกัน
ระบบที่มีระดับการกระจายสูงสุดสามารถรับได้โดยใช้วิธีการควบแน่นเท่านั้น
นอกจากนี้ยังสามารถรับสารละลายคอลลอยด์ได้อีกด้วย วิธีการควบแน่นทางเคมีขึ้นอยู่กับการทำปฏิกิริยาทางเคมีพร้อมกับการก่อตัวของสารที่ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้ไม่ดี เพื่อจุดประสงค์นี้ มีการใช้ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ - การสลายตัว การไฮโดรไลซิส รีดอกซ์ ฯลฯ
การทำให้บริสุทธิ์ของระบบกระจาย
สารละลายและสารละลายของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMCs) มีสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเป็นสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการ พวกเขาจะถูกลบออกโดยวิธีการต่อไปนี้
การล้างไต การล้างไตเป็นวิธีแรกในการทำให้บริสุทธิ์ในอดีต เสนอโดย ที. เกรแฮม (พ.ศ. 2404) รูปแบบของ Dialyzer ที่ง่ายที่สุดแสดงในรูปที่ 3 (ดูภาคผนวก) สารละลายที่ต้องทำให้บริสุทธิ์หรือสารละลายห่วงอนามัยถูกเทลงในภาชนะที่ด้านล่างเป็นเมมเบรนที่กักเก็บอนุภาคคอลลอยด์หรือโมเลกุลขนาดใหญ่ และส่งผ่านโมเลกุลของตัวทำละลายและสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สื่อภายนอกที่สัมผัสกับเมมเบรนคือตัวทำละลาย สิ่งเจือปนโมเลกุลต่ำซึ่งมีความเข้มข้นสูงในเถ้าหรือสารละลายโมเลกุลขนาดใหญ่ผ่านเมมเบรนออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก (ไดอะไลเสต) ในรูป ลูกศรแสดงทิศทางการไหลของสิ่งเจือปนโมเลกุลต่ำ การทำให้บริสุทธิ์ดำเนินต่อไปจนกว่าความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในเถ้าและไดอะไลเสทจะมีค่าใกล้เคียงกัน (ให้แม่นยำยิ่งขึ้น จนกว่าศักยภาพทางเคมีในเถ้าและไดอะไลเสทจะเท่ากัน) หากคุณปรับปรุงตัวทำละลาย คุณสามารถกำจัดสิ่งเจือปนได้เกือบทั้งหมด การใช้การฟอกเลือดนี้เหมาะสมเมื่อจุดประสงค์ของการทำให้บริสุทธิ์คือการกำจัดสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำทั้งหมดที่ผ่านเยื่อกรอง อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี งานอาจกลายเป็นเรื่องยากขึ้น - จำเป็นต้องกำจัดสารประกอบโมเลกุลต่ำเพียงบางส่วนในระบบ จากนั้น ในฐานะที่เป็นสภาพแวดล้อมภายนอก สารละลายของสารเหล่านั้นที่ต้องเก็บไว้ในระบบจะถูกใช้ งานนี้ถูกกำหนดขึ้นเมื่อทำความสะอาดเลือดจากตะกรันโมเลกุลต่ำและสารพิษ (เกลือ ยูเรีย ฯลฯ)
อัลตราฟิลเตรชัน การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันเป็นวิธีการทำความสะอาดโดยการบังคับตัวกลางที่กระจายตัวพร้อมกับสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านตัวกรองอัลตรา อัลตร้าฟิลเตอร์เป็นเยื่อชนิดเดียวกับที่ใช้ฟอกไต
โรงงานอัลตราฟิลเตรชันที่ง่ายที่สุดแสดงในรูปที่ 4 (ดูภาคผนวก) สารละลายโซลหรือห่วงอนามัยบริสุทธิ์จะถูกเทลงในถุงจากตัวกรองพิเศษ โซลอยู่ภายใต้ความกดดันที่มากเกินไปเมื่อเทียบกับความดันบรรยากาศ สามารถสร้างขึ้นได้จากแหล่งภายนอก (ถังอากาศอัด คอมเพรสเซอร์ ฯลฯ) หรือโดยของเหลวขนาดใหญ่ สื่อการกระจายตัวได้รับการต่ออายุโดยการเติมตัวทำละลายบริสุทธิ์ลงในโซล เพื่อให้ความเร็วในการทำความสะอาดสูงเพียงพอ การอัปเดตจะดำเนินการโดยเร็วที่สุด สิ่งนี้ทำได้โดยการใช้แรงกดมากเกินไป เพื่อให้เมมเบรนสามารถทนต่อแรงดังกล่าวได้ จึงถูกนำไปใช้กับส่วนรองรับเชิงกล กริดและแผ่นที่มีรู ตัวกรองแก้วและเซรามิกทำหน้าที่รองรับ
ไมโครฟิลเตรชั่น . ไมโครฟิลเตรชัน คือ การแยกสารโดยใช้ตัวกรองของอนุภาคขนาดเล็กตั้งแต่ 0.1 ถึง 10 ไมครอน ประสิทธิภาพของไมโครฟิลเตอร์นั้นพิจารณาจากความพรุนและความหนาของเมมเบรน ในการประเมินความพรุน เช่น อัตราส่วนของพื้นที่รูพรุนต่อพื้นที่กรองทั้งหมด ใช้วิธีการที่หลากหลาย: การเจาะของเหลวและก๊าซ การวัดค่าการนำไฟฟ้าของเมมเบรน ระบบเจาะที่มีอนุภาคที่สอบเทียบแล้วของเฟสที่กระจายตัว เป็นต้น
ตัวกรองพรุนทำจากสารอนินทรีย์และโพลิเมอร์ ผงซินเทอร์สามารถหาได้จากพอร์ซเลน โลหะ และโลหะผสม เยื่อโพลิเมอร์สำหรับการกรองระดับไมโครส่วนใหญ่มักทำจากเซลลูโลสและอนุพันธ์ของเซลลูโลส
การฟอกไตด้วยไฟฟ้า การกำจัดอิเล็กโทรไลต์สามารถเร่งได้โดยใช้ความต่างศักย์ที่กำหนดจากภายนอก วิธีการทำให้บริสุทธิ์นี้เรียกว่าการฟอกไตด้วยไฟฟ้า การใช้สำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของระบบต่างๆ ด้วยวัตถุทางชีวภาพ (สารละลายของโปรตีน ซีรั่มในเลือด ฯลฯ) เริ่มขึ้นจากผลงานที่ประสบความสำเร็จของ Doré (1910) อุปกรณ์ของ electrodialyzer ที่ง่ายที่สุดแสดงในรูปที่ 5 (ดูเอกสารแนบ) วัตถุที่จะทำความสะอาด (โซล, สารละลาย IUD) ถูกวางไว้ในช่องตรงกลาง 1 และเทสื่อลงในช่องด้านข้างทั้งสอง ในห้องแคโทด 3 และแอโนด 5 ไอออนจะผ่านรูพรุนในเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้
การฟอกไตด้วยไฟฟ้าเหมาะสมที่สุดในการทำให้บริสุทธิ์เมื่อสามารถใช้แรงดันไฟฟ้าสูงได้ ในกรณีส่วนใหญ่ ในขั้นตอนเริ่มต้นของการทำให้บริสุทธิ์ ระบบจะมีเกลือที่ละลายอยู่จำนวนมาก และค่าการนำไฟฟ้าจะสูง ดังนั้นที่ไฟฟ้าแรงสูง ความร้อนจำนวนมากสามารถถูกปลดปล่อยออกมา และการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อาจเกิดขึ้นได้ในระบบที่มีโปรตีนหรือส่วนประกอบทางชีวภาพอื่นๆ ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะใช้การฟอกไตด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีการทำความสะอาดขั้นสุดท้าย โดยใช้การฟอกไตล่วงหน้า
รวม วิธีการทำความสะอาดนอกเหนือจากวิธีการทำให้บริสุทธิ์แต่ละวิธี - อัลตราฟิลเตรชันและอิเล็กโทรไดอะไลซิส - เป็นที่ทราบกันดีว่าการรวมกันของวิธีการเหล่านี้: การกรองด้วยไฟฟ้าที่ใช้ในการทำให้บริสุทธิ์และแยกโปรตีน
เป็นไปได้ที่จะทำให้บริสุทธิ์และในขณะเดียวกันก็เพิ่มความเข้มข้นของโซลหรือสารละลายของห่วงอนามัยโดยใช้วิธีการที่เรียกว่า อิเล็กโทรแคนเทชันวิธีการนี้เสนอโดย V. Pauli การดีแคนเตชั่นด้วยไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อเครื่องอิเล็กโทรไดอะไลเซอร์ทำงานโดยไม่มีการกวน อนุภาคโซลหรือโมเลกุลขนาดใหญ่มีประจุในตัวเอง และภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง เนื่องจากพวกมันไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ ความเข้มข้นของพวกมันที่เยื่อหุ้มอันใดอันหนึ่งจึงเพิ่มขึ้น ตามกฎแล้ว ความหนาแน่นของอนุภาคจะแตกต่างจากความหนาแน่นของตัวกลาง ดังนั้น ณ ตำแหน่งที่มีความเข้มข้นของโซล ความหนาแน่นของระบบจึงแตกต่างจากค่าเฉลี่ย (โดยปกติ ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น) โซลเข้มข้นจะไหลไปที่ด้านล่างของไดอะไลเซอร์ด้วยไฟฟ้า และมีการหมุนเวียนเกิดขึ้นในห้อง ซึ่งจะดำเนินต่อไปจนกว่าอนุภาคจะถูกกำจัดออกเกือบหมด
สารละลายคอลลอยด์และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารละลายของคอลลอยด์ที่ไม่ชอบไลโอโฟบิก ซึ่งถูกทำให้บริสุทธิ์และทำให้เสถียร แม้ว่าของพวกมันจะไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ก็ตาม ก็สามารถดำรงอยู่ได้อย่างไม่มีกำหนด สารละลายสีแดงทองที่เตรียมโดย Faraday ยังไม่ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้ ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าระบบคอลลอยด์สามารถอยู่ในสภาวะสมดุลที่แพร่กระจายได้
การกรอง การไดอะไลซิส การไดอะไลซิสด้วยไฟฟ้า และการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันใช้เพื่อชำระระบบที่กระจายออกจากสิ่งสกปรก
การกรอง (lat. กรอง-สักหลาด) เป็นวิธีการแยกโดยอาศัยการส่งผ่านส่วนผสมที่บดแล้วผ่านฟิล์มที่มีรูพรุน ในกรณีนี้ อนุภาคขนาดเล็กของ df จะผ่านรูพรุนของตัวกรองแบบเดิม ในขณะที่อนุภาคขนาดใหญ่จะยังคงอยู่ ดังนั้น การกรองยังใช้เพื่อกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่ออกจากการกระจายตัว
การล้างไต (กรัม ไดอะลิซิส- การแยก) เป็นวิธีการกำจัดสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำออกจากระบบที่กระจายตัวและสารละลายของห่วงอนามัยโดยใช้เมมเบรน ในเครื่องไดอะไลเซอร์ ส่วนผสมของของไหลที่จะไดอะไลซ์จะถูกแยกออกจากตัวทำละลายบริสุทธิ์ด้วยเมมเบรนที่เหมาะสม (รูปที่ 2.6) อนุภาค DP และโมเลกุลขนาดใหญ่ถูกกักเก็บไว้โดยเมมเบรน ในขณะที่โมเลกุลขนาดเล็กและไอออนขนาดเล็กจะแพร่ผ่านเมมเบรนเข้าสู่ตัวทำละลายและที่ …
การเปลี่ยนบ่อยเพียงพอสามารถลบออกจากส่วนผสมที่ไดอัลไลซ์ได้เกือบหมด
ความสามารถในการแยกชั้นของเมมเบรนสำหรับสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลขนาดเล็กและไอออนสามารถผ่านรูพรุน (เส้นเลือดฝอย) ได้อย่างอิสระโดยทะลุผ่านเมมเบรนหรือละลายในสารเมมเบรน
ฟิล์มต่าง ๆ ทั้งจากธรรมชาติและประดิษฐ์ใช้เป็นเยื่อสำหรับการฟอกเลือด เยื่อธรรมชาติ: กระเพาะปัสสาวะของวัวหรือหมู, กระเพาะปัสสาวะของปลา ประดิษฐ์: ฟิล์มที่ทำจากไนโตรเซลลูโลส เซลลูโลสอะซิเตต กระดาษแก้ว เจลาติน และโพลิเมอร์อื่นๆ
มีเครื่องฟอกไต - อุปกรณ์สำหรับการฟอกเลือดที่หลากหลาย ไดอะไลเซอร์ทั้งหมดสร้างขึ้นตามหลักการทั่วไป ของผสมที่จะไดอะไลซ์ (ของเหลวภายใน) บรรจุอยู่ในภาชนะที่แยกออกจากน้ำหรือตัวทำละลายอื่น (ของเหลวภายนอก) โดยเมมเบรน (รูปที่ 2.6) อัตราการฟอกไตเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของพื้นผิวเมมเบรน ความพรุนและขนาดรูพรุน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเข้มของการผสมของของเหลวไดอะไลซิส อัตราการเปลี่ยนแปลงของของเหลวภายนอก และลดลงเมื่อเมมเบรนเพิ่มขึ้น ความหนา.
เพื่อเพิ่มอัตราการฟอกไตของอิเล็กโทรไลต์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ จะใช้การไดอะไลซิสด้วยไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์นี้ ไดอะไลเซอร์จะสร้างสนามไฟฟ้าคงที่โดยมีค่าความต่างศักย์ลดลง 20-250 V / cm ขึ้นไป (รูปที่ 2.7) การล้างไตในสนามไฟฟ้าทำให้เร่งการทำให้บริสุทธิ์ของระบบที่กระจายตัวได้หลายสิบเท่า
อัลตราฟิลเตรชัน (lat. อัลตร้า- เกินกว่า, ตัวกรอง- สักหลาด) ใช้เพื่อทำความสะอาดระบบที่มีอนุภาคขนาดเล็ก (โซล, สารละลาย IUD, สารแขวนลอยของแบคทีเรีย, ไวรัส) วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการบังคับให้ส่วนผสมแยกออกจากกันผ่านตัวกรองที่มีรูพรุนซึ่งผ่านเฉพาะโมเลกุลและไอออนของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเท่านั้น การกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันอาจหมายถึงการล้างไตด้วยความดัน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำให้น้ำ โปรตีน กรดนิวคลีอิก เอนไซม์ วิตามิน ฯลฯ บริสุทธิ์
