Химия кремнезема - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Относительная вязкость = 1 + О.ООгбСУ
где V — объем доли раствора, лишенного подвижности, в расчете на 1 г кремнезема и С — концентрация кремнезема, г/л. Были изучены золи двух типов.
А. Очищенную от солей кремневую кислоту приготовляли пропусканием 1 %-ного раствора 5Ю2 (сотношением 5Ю2: №20
26 Заказ .4» 200
402______ глава 3
3,3) через колонку с ионообменной смолой в Н+-форме. Затем рН доводилось до 8—9.
В. Золь, содержащий сульфат натрия (так называемый «золь Бейлиса»), приготовляли смешением раствора силиката натрия с отношением 5Ю2 : Ыа20 3,3, содержавшего 3 % $Ю2, с достаточным по объему количеством 0,33 н. раствора Н2504. Получали 1,5 %-ный золь кремнезема, в котором 85 % было
и
|-1—I—I пин-¦—¦----
* °-01 °."0 1,00
Бремя старения , СУТКИ
Рис. 3.65. Характеристика «активированных» золей кремнезема (по данным
Окура и Гото [194]). Сплошные линии — золь А; 1 %-ный очищенный от соли золь приготовлялся посредством ионного обмена с удалением натрия из раствора силиката натрия при повышении рН до 5. Пунктирные линии — золь В: 1,5 %-ный раствор кремнезема приготовлялся под-кислеиием раствора силиката натрия до рН 8,5 с последующим (через 0,9 сут) разбавлением. Золи подвергались старению при 25 °С.
нейтрализовано. Это позволяло достичь рН 8,5. Образцы подвергали старению при 25°С в течение различных интервалов времени и затем разбавляли до 0,6 % $Юг, для того чтобы избежать гелеобразования.
Из рис. 3.65 видно, что очищенный от солей золь А сохраняет очень низкий гидродинамический объем, который соответствует суспензии, состоящей из неагрегированных дискретных частиц 5Ю2. В золе В благодаря образованию агрегатов частиц гидродинамический объем возрастает до тех пор, пока золь не начинают разбавлять перед превращением его в твердый гель.
Однако для обоих типов золей размер первичных частиц возрастает, что подтверждается понижением скорости, с которой образцы золя растворяют в контрольном кислом растворе фторида. К тому же отмечено, что понижение скорости растворения золя В и рост его частиц продолжают оставаться неиз-
Полимеризация кремнезема
403
менными, несмотря на разбавление. Тем не менее даже через неделю диаметр частиц все еще остается менее 3 нм.
Различие между золями А и В обусловливается присутствием соли Ыа2504 в золе В, понижающей заряд частиц и позволяющей им сталкиваться и агрегировать. Таким образом, «активированный» золь содержит частицы кремнезема размером ~2 нм в диаметре. Большая часть этих частиц связана вместе в объемистую сетку, состоящую из агрегатов геля. Такие агрегаты фактически невидимы, поскольку имеют тот же самый показатель преломления, что и оставшийся золь.
Имеется обзор [195] по взаимодействию поликремневой кислоты, как агента коагуляции, с другими коллоидами. Поликремневые кислоты вызывают коагуляцию положительно заряженных коллоидных частиц при низкой концентрации последних, однако при избытке таких частиц может произойти изменение заряда на обратный, и система снова стабилизируется. Специфические взаимодействия между частицами могут превысить величину электростатического отталкивания, например, отрицательно заряженные полисиликат-ионы могут вызвать флокуляцию отрицательно заряженных частиц золя бромида серебра.
В обзоре Миддлтона [196] описано использование широкоизвестных во всем мире «активированных» золей кремнезема, а также новых модификаций золя, включая систему №251Р6 — силикат, и показаны их новые приложения по обработке сточных вод. Крупномасштабное применение таких золей для коагулирования твердых веществ из сточных вод г. Чикаго (США) было описано в работе [197].
Слипченко и Шелякова [198] разработали быстрый способ приготовления «активированных» золей. При концентрации кремнезема ниже 1,3 % 5Ю2 и при молярных отношениях Ыа251Р6 : Ыа20 порядка 0,5—0,6 и БЮг : Р 3,0—3,4 процесс быстрой полимеризации происходит в течение 3—5 мин до такой стадии, когда уже золь можно разбавлять для последующего применения. Если же его не разбавлять, то в течение 12—20 мин он превращается в гель [198]. Устойчивость систем «активированных» золей рассмотрена в обзоре Генри [199]. В работе [200] дано объяснение влиянию длительности процесса старения системы перед разбавлением золей. Гриффин [201] описал теорию процесса «активации» и методики приготовления и использования «активированных» золей. Вопросы теории и практического применения «активированных» золей кремнезема обобщены также в работе Ланге и Спенсера [202], которые сопоставили активность системы с размерами и зарядом частиц золя. О подобных исследованиях сообщили Гото и Яцуянаге [203], определившие, что «активированный» золь —
26*
404
Глава 3
это такой золь, в котором трехмерные структуры из агрегированных частиц уже сформированы, но тем не менее точка геле-образования еще не достигнута. В «стабилизированном» золе процесс агрегации—полимеризации либо полностью предотвращается с самого начала, либо быстро прекращается. Типичный «активированный» золь содержит около 2 % БЮг в процессе своего формирования. В таком состоянии его подвергают старению, причем время старения равно половине времени, необходимого для образования геля. Затем золь разбавляют и отбирают дозы с содержанием 0,001 % 8Ю2 для использования их в качестве коагулирующего агента при обработке воды.
