Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
С увеличением концентрации взвеси, и, следовательно, с ростом поверхности раздела двух сред доля адсорбированной органики, приходящейся на единицу поверхности адсорбента (удельная адсорбция на единицу поверхности) должна уменьшаться. На рис. 3.27 представлена данная зависимость для модельных и природных сред, характеризующая соотношение количества адсорбированного вещества и площади поверхности терригенной взвеси.
АОВ, мг/м2 1000п
100 -
юн--------------,------------,------------,------------.
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Sjт , м2/мг РОВ
Рис. 3.27. Зависимость поверхностной концентрации АОВ от площади поверхности частиц, отнесённой к РОВ: ¦ — модельные среды; ? — оз. Ханка; А —
р. Енисей
Полученные данные хорошо аппроксимировались степенными зависимостями. Для модельных систем у = 4А6х~0Л4 (г = 0.94; т = ±18.8 мг/м2; для логарифмического масштаба регрессионное уравнение — у = 1.18ж-10-3), для Ханки у = 30.8ж-0'42 (г = 0.95; т = ±23.0 мг/м2; для логарифмического масштаба регрессионное уравнение — у = \.02х ± 0.61), для Енисея у = 13.9ж^0,43 (г = 0.85; т = ±66.9 мг/м2; для логарифмического масштаба регрессионное уравнение — у = 0.89ж ± 23).
Несмотря на различия диапазонов концентраций взвешенных неорганических веществ, характер зависимости для природных и модельных систем совпадает. Скорость уменьшения удельной адсорбции при увеличении площади поверхности взвеси в линейном масштабе имеет неравномерный характер. На начальном этапе идёт максимальное убывание удельной адсорбции. При дальнейшем увеличении площади поверхности поверхностная концентрация АОВ претерпевает незначительные изменения на протяжении достаточно большого диапазона.
Это может служить косвенным доказательством предела уменьшения адсорбированного слоя, или точнее, о его постоянном наличии на терригенной взвеси в природных водоёмах. Увеличение площади поверхности и постоянное содержание АОВ, приходящейся на единицу площади, свидетельствуют об уменьшении количества органического вещества на частице. Интересно также и то, что, несмотря на различие концентраций между модельными и природными средами, минимальное значение АОВ, приходящееся на единицу площади поверхности, практически совпадает (около 50 мг/м2).
Кроме того, скорости уменьшения удельной поверхностной адсорбции для природных и модельных систем совпадают (показатели степени в зависимостях приблизительно равны). Это может свидетельствовать об идентичном характере адсорбции (и десорбции), а также о равенстве скоростей этих процессов в обеих системах. Этот вывод может подтвердить и рис. 3.28, где показана зависимость поверхностной концентрации адсорбированного органического вещества в природных и модельных системах от доли занятых мест.
Как уже указывалось ранее, размер частиц чистой и адсорбировавшей глины в модельных экспериментах определялся с помощью интегральных индикатрис светорассеяния. Полученные данные достоверно показали, что при всех концентрациях адсорбента чётко прослеживается увеличение объёма частиц за счёт адсорбированного слоя органического вещества по сравнению с очищенным от органического вещества каолином. Из экспериментальных расчётов следует, что объём адсорбированного слоя составляет от 0.3 до 0.8 от объёма частицы чистой взвеси в зависимости от соотношения концентраций органического вещества и взвеси.
АОВ, мг/м2
Рис. 3.28. Зависимость поверхностной концентрации АОВ от доли занятых мест: # — модельные среды; ? — оз. Ханка; ^ — р. Енисей
Принимая во внимание аналогичный характер зависимостей основных характеристик адсорбции и при этом учитывая разную сорбци-
онную способность частиц, было предположено, что как в модельных экспериментах, так и в природных водах приблизительно сохраняется характер зависимости объёма адсорбированного слоя, отнесённого к площади поверхности взвеси, от соотношения АОВ к РОВ (рис. 3.29).
В модельной системе была выбрана для аппроксимации степенная зависимость, как наиболее точно описывающая характер изменения, — у = ОЛбх^0,41 (г = 0.81; т = ±0.07 см3/м2, в логарифмическом масштабе регрессионное уравнение — у = 0.59х + 1.37). Это позволило оценить плотность органического вещества в адсорбированном слое и, собственно, объём адсорбированного слоя для природных сред.
Данная зависимость общего объёма адсорбированного слоя, приходящегося на 1 м2 поверхности, от соотношения АОВ к РОВ была взята потому, что отношение АОВ/РОВ хорошо коррелирует как с площадью поверхности взвеси в обеих системах (рис. 3.26), так и с объёмом адсорбированного слоя. Тем самым мы учитываем как схожесть, так и разницу между двумя системами.
Гадс , см3/м2
0.8-
0.6-
0.4-
0.2-
0.0-
0.1
0.2 0.3
АОВ/РОВ
0.4
0.5
Рис. 3.29. Зависимость объёма адсорбированного слоя, отнесённого к площади адсорбирующей поверхности, от соотношения АОВ/РОВ (модельные среды)
По данному соотношению АОВ/РОВ и адсорбированного слоя, приходящегося на 1 м2 площади поверхности, для модельных сред была рассчитана толщина адсорбированного слоя на частице для природного водоёма. По теоретическим расчётам толщина адсорбированного слоя составила от 0.3 до 0.5 от размера ОМД. Следовательно, при адсорбции размер частицы увеличивается приблизительно в 2 раза. Характер изменения толщины адсорбированного слоя на частице, относительно размеров самой частицы, при увеличении площади поверхности взвеси представлен на рис. 3.30. При увеличении площади поверхности происходит уменьшение адсорбированного слоя из-за уменьшения количества органического вещества на частице взвеси.
