Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
521
частиц не станут одинаковыми и коагуляция после этого прекратится. Айлер [272] отмечал такое взаимное воздействие друг на друга при исследовании растворимости кремнезема. Вначале растворимость подавлялась вследствие того, что некоторая доля поверхности кремнезема вступала в реакцию с ионами АЮг-' но затем поверхность с адсорбированными на ней ионами покрывалась осажденным кремнеземом.
Хардинг [273] изучил ряд факторов, влияющих на процесс гете'рокоагуляции образцов коллоидного кремнезема с коллоидным оксидом алюминия. Относительное число частиц, требуемое для оптимального протекания коагуляции, зависит от их относительных размеров. Высокая концентрация в системе нейтрального электролита затормаживает взаимную коагуляцию. Хогг и др. [274] рассмотрели влияние, оказываемое на коагуляцию размером частиц. О подобном эффекте сообщалось Чернобереж-ским, Голиковой и Гирфановой [275], которые наблюдали, что в смеси золей вЮг и Ре203 при рН 3 коагуляция не происходила, когда концентрация КС1 превышала Ю-3 моль/л. Такая система также изучалась Мади и др. [276].
Влияние концентрации кремнезема и других факторов
Поскольку одним из этапов процесса флокуляции является столкновение частиц, то очевидно, что скорость флокуляции зависит в большей степени от числа частиц в единице объема раствора, чем от массовой концентрации кремнезема. Таким образом, при концентрации кремнезема 1 % в золе с размером частиц 10 нм в единице объема содержится в 1000 раз больше частиц, чем в золе с частицами 100 нм в диаметре. К тому же частицы меньшего размера перемещаются с большими скоростями (броуновское движение), что влияет на силу соударения частиц, причем такая сила должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть ионный барьер.
До сих пор не было проведено никаких существенных работ по измерению относительных скоростей коагуляции под действием электролитов в зависимости от размеров частиц и концентрации кремнезема. К тому же не было выполнено детальных исследований, касающихся количественного содержания коагулянта в коагуляте.
Коагуляция имеет место и в случае замораживания золя. Это происходит потому, что частицы кремнезема концентрируются между растущими кристаллами льда до тех пор, пока они не сдавливаются вместе, после чего происходит связывание частиц. Хотя представляется возможным добавлять какой-либо антифриз, например гликоль или этиловый спирт, это не столь легко выполнимо в случае коммерческих золей. Также может
522
Глава 4
происходить и повторное диспергирование частиц, если в системе присутствуют достаточно большие по размеру противо-ионы — катионы, способные покрыть поверхность кремнеземных частиц в такой степени, что последние не смогут более вступать в прямой контакт [63]. Бузах и Рорзетцер [277] отметили, что уплотнение частиц путем замораживания аналогично их концентрированию за счет удаления воды через мембранный ультрафильтр [278]. Возможность повторного диспергирования частиц кремнезема зависит от природы пленки, образующейся между уплотненными частицами.
Влияние размера частиц
Согласно теории ДЛФО, критическая концентрация коагулирующего иона не должна зависеть от размера коллоидной частицы, но Визе и Хили [279] показали, что при дальнейшем уточнении теории, принимая во внимание и первый, и второй минимумы, можно объяснить, что устойчивость коллоидной системы возрастает с увеличением размера частиц. Стабильность достигает максимума, а затем убывает. Подобное поведение системы никогда не регистрировалось в случае коллоидного кремнезема с размерами частиц в общепринятой области 5—100 нм.
Оттевил и Шоу [280] сообщили о некоторых наблюдаемых колебаниях в значениях к.к.к. ионов Ва2+ в зависимости от размеров частиц полистирольного латекса (30—212 нм), но не были представлены достаточно веские аргументы, доказывающие реальность этого эффекта [281]. Однако авторы работы [282] описали аналогичный эффект, в котором точка к.к.к. достигала максимального значения при использовании частиц размером 758 нм. По-видимому, полученные в этом случае результаты объясняются воздействием второго минимума, предусматриваемого теорией ДЛФО, который имеет отношение только к относительно большим по размерам частицам.
Френс [283] отметил, что золи, содержащие металлические частицы, фактически можно фракционировать в соответствии с их размерами путем коагуляции электролитами различной концентрации. Полученные результаты объясняются пониженным значением вандерваальсового притяжения между небольшими частицами металла. Хардинг [237] в дальнейшем провел исследование этого явления в суспензиях, получаемых из пиро-генного кремнезема.
Что касается коллоидного кремнезема, то существуют определенные условия, когда флокуляция непосредственно зависит от размеров частиц. Айлер [169] сообщил, что при флокуляции частиц коллоидного кремнезема диаметром 4—130 нм под дей-
« Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
523
ствием ионов Са2+ в области рН 8—9,5 наблюдаются заметные изменения значений к.к.к. с увеличением размеров частиц. Однако, чтобы наблюдать этот эффект, необходима определенная величина к.к.к., представляющая собой количество ионов кальция, еще находящихся в растворе, без учета этих ионов, адсорбированных на поверхности кремнезема.
