28.53M

Categories:

chemistry

industry

Основы коллоидной химии и коагуляции загрязняющих веществ в процессах очистки воды

21.

Интенсивность вторичного излучения описывается
уравнением Релея. Упрощенный вид уравнения Релея для
сферических частиц с d<0,1λ (40-70 нм), не проводящих
электрического тока
Основы коагуляции

Опалесценция золей больше опалесценции растворов ВМС из-за
большей плотности, т.е. большего значения показателя преломления
дисперсной фазы. Чем больше разность показателей преломления, тем
заметнее рассеяние света (и мутность раствора).
Основы коагуляции

23.

Основы коагуляции

24.

Основы коагуляции

25.

Основы коагуляции

26.

Основы коагуляции

27.

Основы коагуляции

28.

Основы коагуляции

29.

Основы коагуляции

30.

Основы коагуляции

31.

Основы коагуляции

32.

Основы коагуляции

33.

Основы коагуляции

34.

Строение мицелл коллоидных растворов и способы их образования
Мицеллой называется коллоидная частица с прилегающим к ней слоем ионов. Мицелла в целом
электронейтральна, а коллоидная частица заряжена. Мицелла представляет собой сложный многокомпонентный
агрегат переменного состава. Мицелла состоит из агрегата, адсорбированного слоя потенциалопределяющих ионов,
адсорбционного слоя противоионов и диффузного слоя противоионов.
Агрегат (ядро)
Потенциалоопределяющие
ионы
Адсорбционный
слой противоионов
Диффузный слой
противоионов
Коллоидная частица
(гранула): ядро с
противоионами
адсорбционного слоя
Мицелла: гранула с
противоионами
диффузного слоя
Основы коагуляции

35.

Основы коагуляции

36.

Основы коагуляции

37.

Основы коагуляции

38.

Основы коагуляции

39.

γ = k*(1/z6)
(1)
В соответствии с уравнением (1), соотношение порогов коагуляции для трех -, двух - и
одновалентных ионов равно (правило значности):
γ1 : γ2 : γ3 = (1/36) : (1/26) : (1/16) = 729 : 11 : 1
Следовательно, коагулирующая способность трёхзарядного иона в 729 раз выше коагулирующей
способности однозарядного иона.
Основы коагуляции

40.

Основы коагуляции

41.

Основы коагуляции

42.

Основы коагуляции

43.

Основы коагуляции

44.

Основы коагуляции

45.

Основы коагуляции

46.

Основы коагуляции

47.

Основы коагуляции

48.

Основы коагуляции

49.

Основы коагуляции

50.

Основы коагуляции

51.

Основы коагуляции

52.

Основы коагуляции

53.

Основы коагуляции

54.

Основы коагуляции

55.

Основы коагуляции

56.

Эффективная толщина двойного слоя уменьшается с ростом
концентрации электролита и возрастает с повышением
температуры. I – ионная сила раствора, I = 1/2ΣCoZi. F –
постоянная Фарадея,
Основы коагуляции

57.

Основы коагуляции

58.

Основы коагуляции

59.

Основы коагуляции

60.

Основы коагуляции

61.

Основы коагуляции

62.

Основы коагуляции

63.

Основы коагуляции

64.

Основы коагуляции

65.

Основы коагуляции

66.

Основы коагуляции

67.

Основы коагуляции

68.

Основы коагуляции

69.

Основы коагуляции

70.

Основы коагуляции

71.

Физико-химические основы процесса коагуляции
Коагуляцией называют процесс дестабилизации коллоидных частиц путем добавления химического реагента,
называемого коагулянтом, привносящего в коллоидную среду многовалентные катионы, которые могут
быть как свободными, так и связанными с органической макромолекулой (катионные полиэлектролиты).
Основы коагуляции

72.

Физико-химические основы процесса коагуляции
Основы коагуляции

73.

Физико-химические основы процесса коагуляции
Основы коагуляции
Когда две коллоидные частицы приближаются друг к
другу, они подвергаются воздействию двух сил, имеющих
различную природу и противоположную направленность:
- сила притяжения Ван-дер-Ваальса (FА), зависящая от
удельной поверхности и массы коллоидной частицы, а
также от природы среды, в которой она находится;
- сила электростатического отталкивания (FR),
зависящая от поверхностного заряда частиц и тем самым
от их дзета-потенциала.
Результирующая двух этих сил F = FА + FR значительно
превышает по величине силу Ван-дер-Ваальса, которой
поэтому можно пренебречь, и вместе с тем определяет
направление процесса в сторону агрегации (слипания)
частиц (при условии, что FА > FR (по абсолютной
величине) или в сторону их взаимного отталкивания, если
FR > FА. Второй случай реализуется в природной воде, что
и определяет устойчивость коллоидных суспензий.
Изменение результирующей силы создает некий
«энергетический барьер» вблизи частиц.
Чтобы нарушить устойчивость суспензии (осуществить
коагуляцию), необходимо уменьшить силы электростатического отталкивания, что приводит к необходимости
нейтрализации поверхностных зарядов коллоидных
частиц: именно это и получают, добавляя в воду так
называемые коагулянты.
Согласно теории двойного слоя оптимальная коагуляция
может быть реализована путем введения реагента,
позволяющего свести к нулю величину дзетапотенциала.

74.

потенциалобразующих ионов и противоионов адсорбционного
Основы коагуляции

75.

Основы коагуляции

76.

Коагуляция коллоидных форм гуминовых веществ солями алюминия
Двойной электрический слой, образуемый коллоидными частицами гуминовых веществ
―С˭ О
Na+
\
О-
Na+
Cl-
―С˭ О
Na+
\
О-
―С˭ О
Na+
\
О-
Na+
Na+
―С˭ О
\
Na+
О-
адсорбционный слой
противоионов
диффузный
слой
противоионов
Cl-
Cl-
межмицеллярная жидкость
В качестве потенциалообразующих ионов выступают карбоксильные группы гуминовых веществ
Основы коагуляции

77.

Коагуляция коллоидных форм гуминовых веществ солями алюминия
В присутствии коагулянтов на основе моногозарядных катионов двойной электрический слой сжимается
―С˭ О
Na+
\
ОAlOH2+
Cl-
―С˭ О
Na+
\
О-
―С˭ О
Na+
\
О-
Na+
Cl-
Cl-
―С˭ О
AlOH2+
\
О-
ClAlOH2+
―С˭ О
Cl-
\
Оадсорбционный
слой противоионов
Основы коагуляции
диффузный
слой
противоионов
межмицеллярная жидкость

78.

Коагуляция коллоидных форм гуминовых веществ солями алюминия
При некоторой критической толщине двойного электрического слоя становится возможным такое сближение
двух коллоидных частиц, при котором силы притяжения начинают превышать силы отталкивания
―С˭ О
O ˭С ―
\
/
О-
AlOH2+
О-
―С˭ О
\
О-
O ˭С ―
/
H+
Na+
―С˭ О
O ˭С ―
\
О-
/
AlOH2+
О-
―С˭ О
O ˭С ―
\
О-
Na+
H+
―С˭ О
О-
/
Оадсорбционный
слой противоионов
/
O ˭С ―
\
Основы коагуляции
О-
Омостики из
гидролизующихся ионов Al 3+
адсорбционный
слой противоионов

79.

Стадии процесса коагуляции
Фактически последовательные процессы
агрегации, приводящие к образованию флокул,
управляются двумя явлениями переноса, которые и
определяют скорость флокуляции:
- перикинетическая флокуляция, связанная с
броуновской диффузией (тепловое движение),
когда все частицы обладают одной и той же
кинетической. энергией, так что самые маленькие
из них имеют наибольшую скорость движения и,
следовательно, наибольшую вероятность
столкновений. В этом случае скорость флокуляции,
или изменение количества слипающихся частиц во
времени, описывается выражением
Стадия
Добавка
коагулянта
Сущность процесса
реакция с водой:
- ионизация;
-гидролизполимеризация
Название
процесса
Гидролиз
Селективная
адсорбция ионов
коагулянта на
поверхности частицы
Коагуляция
Селективная связь
ионов с
поверхностью
частицы
Дестабилизация Включение коллоида
во взвесь
гидроксида
Связь между
Флокуляция
частицами за счет
действия
полимерных
компонентов
коагулянта
Броуновское
Перикинетическая
движение
флокуляция
Перенос
Рассеиваемая
энергия (градиент
Ортокинетическая
скорости)
флокуляция
Кинетика
Мгновенная
Замедленная
(зависит от
температуры и
ионной силы)
Очень быстрая,
требует
повышенного
значения G
Быстрая (зависит от
T, μ,рН, G)
Замедленная
где: n - количество частиц на единицу объема:
(зависит от
а - доля эффективных столкновений;
температуры и
k - константа Больцмана;
ионной силы)
Быстрая (зависит от
Т - абсолютная температура.
T, μ, n)
Эта закономерность справедлива лишь для малых
частиц размерами менее 10 мкм. Она описывает
Медленная (зависит
от T, μ, рН, n)
образование микрофлокул и отражает влияние на
этот процесс «плотности» частиц (п) и
температуры;
ламинарный турбулентный - ортокинетическая флокуляция, связанная с энергией,
режим
режим
рассеиваемой в зоне флокуляции. Можно видеть, что градиент
2 3
2 3
dn/dt
-1/6·αn d G
-Kn d G
скорости является важным параметром, определяющим скорость
флокуляции
Основы коагуляции
.