Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Отсюда следует, что термином «флокуляция» характеризуется действие агента, присутствующего в системе в количестве, соответствующем критическому содержанию, поскольку при дальнейшем добавлении флокулянт уже становится стабилизирующим агентом.
Для предотвращения пептизации в присутствии избыточного количества флокулирующего агента могут быть использованы наблюдения Руэрвейна и Уорда [258]. Если перед введением в систему органического полимера коллоидный кремнезем скоа-гулирован так, что его частицы находятся в контакте друг с'другом, то после введения полимера происходит его адсорбция вокруг точек контакта, упрочняющая мостики между частицами. Однако полимер не помещается между частицами, и поэтому не вызывает повторного диспергирования частиц. С другой стороны, если кремнеземные частицы разделены во время добавления флокулирующего агента, то все поверхности частиц могут быть окружены таким агентом, и при добавлении избыточного количества агента образуется золь кремнезема.
Была предложена [289] общая модель структуры флокулированного осадка, основанная на том, что коагуляция происходит, когда в системе одиночные частицы добавляются к дублетам, триплетам и к агрегатам, состоящим из большего числа частиц, которые также могут сталкиваться между собой и сцепляться. Смелли и Ламер [290] развили теорию флокуляционной плотности и фильтрации.
Флокуляция под действием катионных поверхностно-активных веществ
Взаимодействие гидрофобных групп, адсорбированных на поверхности кремнезема, влечет за собой образование «гидрофобной связи». Тэнфорд [291] подробно описал этот эффект. Для
8 Заказ № 250
530
Глава 4
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
531
коллоидного кремнезема сильнодействующими флокулирующими агентами являются амины с длинными цепями, в частности ал-килзамещенные четвертичные соли аммония с длинными цепями. Так, Смит и Турнбул [292] добавляли четвертичную соль аммония, чтобы вызвать частичную флокуляцию коллоидного кремнезема и придать ему тиксотропность для использования в качестве связующего вещества в тугоплавких порошковых шламах.
Авторы работы [293] при обсуждении вопроса о мицелляр-ной адсорбции описали ход адсорбционного процесса поверхностно-активного вещества на частицах коллоидного кремнезема. Полярная поверхность покрывается адсорбированным поверхностно-активным веществом, ориентированным по отношению к ней таким образом, что частицы кремнезема становятся гидрофобными. При немного более высокой концентрации ПАВ на первичном адсорбированном слое происходит дополнительная адсорбция, и на поверхности формируется конденсированный сдвоенный слой ПАВ. При этом оказывается, что полярные группы ПАВ во втором слое ориентируются уже наружу, сообщая поверхности гидрофильные свойства. Авторы представили экспериментальное доказательство того, что по мере добавления к системе дополнительного количества ПАВ его концентрация в растворе начинает понижаться после некоторой концентрационной точки, в которой стремительно развивается агрегация адсорбированного вещества вплоть до формирования двойного слоя на поверхности мицелл.
Хорошо известно, что гидрофобные частицы в воде прилипают друг к другу, как только приходят в соприкосновение. Поэтому не удивительно, что частицы кремнезема становятся гидрофобными, едва только на некоторых ограниченных участках на частицах кремнезема начинается флокуляция. Следовательно, при низких концентрациях такие ионы, как додециламмоний, влияют на электрокинетический потенциал частиц кварца точно так же, как и ионы натрия. При более высоких концентрациях наблюдается критическая точка, в которой электрокинетический потенциал резко изменяется, и ионы аммония с длинной цепью, несомненно, собираются в отдельные ассоциаты на поверхности раздела во многом подобно тому, как это происходит при формировании мицелл в объеме раствора [294].
Мощное флокулирующее действие небольших добавок хлорида цетилтриметиламмония на золи кремнезема было использовано Александером и Айлером [295], чтобы сгруппировать частицы кремнезема при таких условиях, когда они способны формироваться в агрегаты, подобные листочкам или пленкам. Электронно-микроскопический снимок плоских агрегатов представлен на рис. 4.21. Механизм формирования таких агрегатов
Рис. 4.21. Электронно-микроскопический снимок листоподобных агрегатов, сформировавшихся из коллоидного кремнезема в присутствии катионных поверхностно-активных веществ.
схематически показан на рис. 4.22. Частицы кремнезема удерживаются вместе благодаря действию мицелл катионного ПАВ. Требуемое количество ПАВ составило только —5 % от оцененного теоретически количества, необходимого для образования одного монослоя ПАВ на всей суммарной поверхности кремнезема. Мицеллы, вероятно, размещаются на кремнеземной поверхности только в точках контакта между частицами. Такой особый тип плоскостной флокуляции протекает в щелочном растворе, когда частицы кремнезема заряжены отрицательно и, следовательно, взаимно отталкиваются, но тем не менее при наличии достаточной силы, способной преодолевать мицеллярные связи. 8*
