Черная Н.В.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Влияние гидроксосоединений алюминия на пептизирующуюся способность коагулятов, образовавшихся при коагуляции нейтральных гидродисперсий модифицированной канифоли

Пептизацией называют обратный процесс образования из коагулятов устойчивой свободнодисперсной системы [1]. В отличие от коагулятов пептизированные частицы являются мелкодисперсными и равнопотенциальными. Их коллоидно-химические и адгезионные свойства зависят, во-первых, от степени лиофильности исходной гидродисперсии модифицированной канифоли (ГМК) и структуры частиц дисперсной фазы, во-вторых, от вида и содержания в дисперсной системе ионов-коагуляторов, в-третьих, от структуры коагулятов, образовавшихся в результате укрупнения коагулюмов, и, в-четвертых, от времени, прошедшего с момента коагуляции. Если коагуляция вызвана уменьшением или ликвидаций того или иного фактора устойчивости [1], то для пептизации, как обратного процесса, требуется восстановление этого фактора.

Известно [2], что при коагуляции ГМК электролитами, содержащих гидроксосоединения алюминия (ГСА), пептизацию образовавшихся коагулятов можно вызвать увеличением заряда на частицах путем изменения рН среды, уменьшением межфазного натяжения на частицах и т.д. Поскольку при коагуляции происходит образование раазновеликих и крупнодисперсных коагулятов в результате слипания (агрегирования) коагулюмов, то для пептизации, наоборот, характерно дезагрегирование таких коагулятов и сохранение агрегативной устойчивости образовавшихся из них пептизированных частиц.

Поэтому коагуляция представляет собой процесс, характеризующийся обратимостью. Процесс пептизации отличается от диспергирования твердой фазы тем, что энергия затрачивается на работу против межмолекулярных, а не химических сил [2, с. 252].

На примере солей алюминия и железа показано [1, с. 344], что пептизация возможна только в том случае, если частицы в коагуляте не находятся в непосредственном контакте, а между ними имеются прослойки дисперсионной среды (воды). Такие прослойки дисперсионной среды имеются в коагулятах, образовавшихся в системе «Нейтральная ГМК – ГСА».

Нами установлено [3], что коагуляты, образовавшиеся в системе «Нейтральная ГМК – ГСА», являются разновеликими и крупнодисперсными, так как они состоят из «частиц» различных порядков, начиная от «частиц» второго порядка N₂, третьего порядка N₃ и четвертого порядка N₄ и заканчивая «частицами» от одиннадцатого N₁₁ до двадцать пятого N₂₅ и более высоких порядков. Степень агрегирования коагулюмов зависит от многих факторов. К наиболее существенным факторам относятся коллоидно-химические свойства нейтральных ГМК и структура частиц их дисперсной фазы, а также содержание в системе ионов-коагуляторов и их коагулирующая активность. Однако степень агрегирования коагулюмов и размеры образовавшихся коагулятов оказывают существенное влияние на способность последних пептизироваться.

Поэтому проблема обеспечения пептизации коагулятов, образовавшихся при электролитной коагуляции нейтральных ГМК, является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Коагуляты определенного размера способны, по нашему мнению, пептизироваться (дезагрегироваться) после последующего введения в систему необходимого количества положительно заряженных ионов ГСА. В отличие от коагулятов полученные пептизированные частицы должны быть мелкодисперсными и положительно заряженными, что будет способствовать максимальному смещению процесса канифольной проклейки бумаги и картона из режима гомокоагуляции к режиму гетероадагуляции за счет равномерного распределения и прочной адгезии их на поверхности волокон.

Выдвинутая нами гипотеза существования пептизирующихся коагулятов и последующего обеспечения их дезагрегирования (протекает процесс пептизации коагулятов) может быть проверена и доказана результатами исследований, направленных на разработку способа управления коагуляционным процессом нейтральных ГМК в присутствии различных форм ГСА (Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(ОН)²⁺, Al(H₂O)₄(ОН)₂⁺, Al(H₂O)₃(ОН)⁰ и Al(H₂O)₂(ОН)₄^–).

К перспективным способам обеспечения пептизации коагулятов, по нашему мнению, относится, во-первых, получение коагулятов с требуемой степенью дисперсности и, во-вторых, последующее введение в систему такого количества электролита с заданным содержанием в нем ГСА, которое приводит к пептизации (дезагрегированию) коагулятов.

Для выполнения первого условия, по нашему мнению, необходимо управлять коагуляционным процессом в системе «Нейтральная ГМК – ГСА» за счет целенаправленного изменения степени агрегирования коагулюмов (N_m) и размеров образовавшихся коагулятов (d). Однако пептизирующиеся коагуляты, как установлено нами [4], образуются только в таких системах, в которых коагуляционный процесс протекает в двух областях. Причем первая и вторая области коагуляции существуют только в том случае, когда для коагуляции конкретной ГМК используется электролит с требуемым содержанием в нем таких основных форм ГСА, как Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^–. Поэтому при переходе от первой области коагуляции ко второй должна происходить пептизация коагулятов.

На характер протекающих процессов коагуляции нейтральных ГМК, к числу которых относятся гидродисперсии ТМ, ТМВС-2 и ЖМ, и пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции, существенное влияние оказывают, по нашему мнению, во-первых, коллоидно-химические свойства нейтральных ГМК, во-вторых, содержание ГСА в исследуемой системе «Нейтральная ГМК – ГСА» и, в-третьих, качественное и количественное распределение форм ГСА (Al(OH)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^-) в растворе электролита, добавляемого к ГМК.

Отсутствие в литературе данных о влиянии вышеуказанных форм ГСА на свойства коагулятов и создание условий для их пептизации обусловливает актуальность настоящей работы с научной и практической точек зрения.

Цель исследований – изучение влияния гидроксосоединений алюминия на пептизирующуюся способность коагулятов, образовавшихся при коагуляции нейтральных гидродисперсий модифицированной канифоли.

Для проведения исследований использовали 0,02%-ные нейтральные ГМК, полученные разбавлением водой (60–70⁰С) пастообразных продуктов модификации смоляных кислот канифоли в виде укрепленных клеев марок ТМ, ТМВС-2 и ЖМ, производство которых организовано на ОАО «Лесохимик», Республика Беларусь). Эти продукты используются на бумажных и картонных предприятиях Республики Беларусь и стран СНГ для проклейки массовых видов бумаги и картона в кислой среде (рН 4,8–5,2).

Укрепленный клей марки ТМ (ТУ РБ 00280198-017-95) представляет собой продукт модификации смоляных кислот талловой канифоли моноэтилцеллозольвмалеинатом с последующей полной нейтрализацией их едким натром. Этот продукт содержит 70+3% сухих веществ. После разбавления водой этого пастообразного продукта нами получена 0,02%-ная нейтральная гидродисперсия ТМ, содержащая частицы дисперсной фазы размером d₀ = 190 нм.

Укрепленный клей марки ТМВС-2 (ТУ РБ 00280198-010-94) представляет собой продукт модификации смоляных кислот талловой канифоли моноэфирами малеинового ангидрида с высшими алифатическими н-спиртами фракции С₁₂–С₁₈ с последующей полной нейтрализацией их едким натром. Этот продукт содержит 70+3% сухих веществ. После разбавления его водой нами получена 0,02%-ная нейтральная гидродисперсия ТМВС-2, содержащая частицы дисперсной фазы размером d₀ = 175 нм.

Укрепленный клей марки ЖМ (ТУ РБ 00280198-017-95) представляет собой продукт модификации смоляных кислот живичной канифоли малеиновым ангидридом с последующей полной нейтрализации их едким натром. Этот продукт содержит 70+3% сухих веществ. После разбавления водой по традиционной технологии получена 0,02%-ная нейтральная гидродисперсия ЖМ, содержащая частицы дисперсной фазы размером d₀ = 196 нм.

Для коагуляции исследуемых нейтральных ГМК применяли 0,5%-ные растворы электролита (сульфата алюминия), отличающиеся содержанием таких форм ГСА, как Al(OH)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^-.

Качественное и количественное распределение форм ГСА в растворе электролита, как видно из таблицы 1, целенаправленно изменяли по стандартной методике [5, 6] путем повышения его рН от 1,95 до 9,10.

Таблица 1 – Влияние рН раствора электролита на содержание форм ГСА

рН раствора электролита	Содержание форм ГСА, %
	Al(H2O)6^3+(форма 1)	Al(H2O)5(OH)^2+ (форма 2)	Al(H2O)4(OH)2^+ (форма 3)	Al(H2O)3(OH)3^0(форма 4)	Al(H2O)2(OH)4^-(форма 5)
1,95	100	–	-	-	-
2,70	95	5	-	-	-
3,50	90	10	-	-	-
3,75	88	12	-	-	-
4,30	85	10	5	-	-
5,30	10	40	40	10	-
6,80	-	–	20	80	-
9,10	-	-	–	60	40

Степень агрегирования коагулюмов определяли по методике М. Смолу-ховского [7]. Размеры коагулятов определяли турбидиметрическим методом [8], а также на электронном микроскопе ЭМ-125 и растровом электронном микроскопе LEOL JSM-5610 LV (модель JSM-5610 LV, производитель фирма LEOL Ltd. (Япония)) по прилагаемым к ним инструкциям.

Ниже приведены условия получения и свойства коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции исследуемых нейтральных ГМК. Управление процессами коагуляции и пептизации основано на целенаправленном изменении содержания в системе «Нейтральная ГМК – ГСА» электролита (R_n. m, мас. ч. / мас. ч. дисперсной фазы ГМК) с заданным качественным и количественным распределением в нем вышеуказанных форм ГСА. При этом приняты следующие условные обозначения:

• коагуляция (первая область) начинается при содержании в системе электролита в количестве R_1, н и завершается при R_1, к;

• последующее добавление в такую систему электролита в количестве R_п, н приводит к началу протекания процесса пептизации коагулятов; этот процесс завершается при R_п, к;

• полученные пептизированные частицы существуют в системе, когда содержание электролита находится в диапазоне от R_п, 1 до R_п, 2;

• коагуляция (вторая область) протекает при дальнейшем увеличении содержания электролита от R_2, н до R_2, к; при этом происходит агрегирование пептизированных частиц за счет снижения их агрегативной устойчивости.

Система «Нейтральная гидродисперсия ТМ – ГСА». Сопоставительный анализ результатов турбидиметрических исследований, полученных нами для системы, содержащей дисперсную фазу нейтральной гидродисперсии ТМ и различные формы ГСА (Al(OH)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^-), подтверждают существование области пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции. Об этом свидетельствует снижение мутности системы при переводе ее от первой области коагуляции к области пептизации. Однако избыточное содержание в системе электролита в некоторых случаях приводит к агрегированию пептизированных частиц и протеканию коагуляционного процесса во второй области коагуляции.

В таблице 2 приведены данные по изучению влияния форм ГСА (Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^–) на свойства коагулятов и их способность пептизироваться.

В первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМ система имеет рН* в пределах 6,0–6,5 (содержит не более 10% Al(H₂O)₅(OH)²⁺, а также 20–40% Al(H₂O)₄(OH)₂⁺ и 50–80% Al(H₂O)₃(OH)₃⁰). В зависимости от рН раствора электролита и содержания в нем ГСА в исследуемой системе образуются коагуляты, имеющие 5 ≤ N_m ≤ 25 и 900 ≤ d ≤ 4700.

Таблица 2 – Влияние электролита и содержания в нем Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^– на свойства коагулятов

(система «Нейтральная гидродисперсия ТМ – ГСА») и их способность пептизироваться

Содержание электролита в системе				рН* системы	Свойства коагулятов
R1, н	R1, к	R2, н	R2, к		Nm	d, нм	Способность пептизироваться
Первая область коагуляции
Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)
0,05	0,37	–	–	6,0–6,5	20–25	3800–4700	Нет
Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,08	0,55	–	–	6,0–6,5	18–24	3400–4600	Нет
Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,14	0,37	–	–	6,0–6,5	17–23	3250–4370	Да
Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,17	0,39	–	–	6,0–6,5	7–12	1330–2200	Да
Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)
0,22	0,45	–	–	6,0–6,5	5–10	900–1900	Да
Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)
0,34	0,55	–	–	6,0–6,5	5–10	900–1900	Да
Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)
54,6	148,4	–	–	6,8–7,2	12–18	2300–3400	Нет
Применение раствора электролита с рН 9,10 (60% Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )
90,0	148,4	–	–	8,6–8,8	10–16	1900–3000	Нет
Вторая область коагуляции
Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)
0,05	0,37	1,65	4,48	4,0–5,5	28–32	2500–6100	Нет
Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,08	0,55	1,65	8,10	4,0–5,5	25–30	4800–5700	Нет
Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,14	0,37	1,65	9,53	4,0–5,5	22–26	4200–5000	Нет
Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,17	0,39	1,68	12,2	4,0–5,5	16–20	3000–3800	Нет
Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)
0,22	0,45	1,82	14,9	4,0–5,5	15–20	2850–3800	Нет
Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)
0,34	0,55	2,01	16,4	5,3–5,5	13–17	2470–3250	Нет
Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)
54,6	148,4	Более 148,4		Вторая область коагуляции не достигнута
Применение раствора электролита с рН 9,10 (60% Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )
90,0	148,4	Более 148,4		Вторая область коагуляции не достигнута

Нами установлено, что коагуляты, имеющие 5 ≤ N_m ≤ 23 и 900 ≤ d ≤ 2200, способны пептизироваться. Для образования таких пептизирующихся коагулятов необходимо использовать электролит с рН 3,50–5,30 (содержит 10–90% Al(H₂O)₆³⁺, 10–40% Al(H₂O)₅(OH)²⁺ и не более 40% Al(H₂O)₄(OH)₂⁺ и 10% Al(H₂O)₃(OH)₃⁰). Во всех остальных случаях, когда раствор электролита имеет 3,50 > рН > 5,30, образуются разновеликие и крупнодисперсные коагуляты, имеющие 12 < N_m ≤ 25 и 2300 < d ≤ 4700 и не способные пептизироваться.

Во второй области коагуляции, когда система содержит избыточное количество электролита (R_2, н ≤ R ≤ R_2, к) и имеет рН* 4,0–5,5, образуются разновеликие и крупнодисперсные коагуляты, имеющие 13 ≤ N_m ≤ 32 и 2470 ≤ d ≤ 6100. Такие коагуляты не пептизируются [3].

Следовательно, в первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМ образуются пептизирующиеся коагуляты (имеют 5 ≤ N_m ≤ 23 и 900 ≤ d ≤ 2200), а во второй области коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 13 ≤ N_m ≤ 32 и 2470 ≤ d ≤ 6100).

Система «Нейтральная гидродисперсия ТМВС-2 – ГСА». Результаты турбидиметрических исследований, полученных нами для системы, содержащей дисперсную фазу нейтральной гидродисперсии ТМВС-2 и различные формы ГСА (Al(OH)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^-), подтверждают существование области пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции. Об этом свидетельствует снижение мутности системы при переводе ее от первой области коагуляции к области пептизации за счет дополнительного введения в нее электролита с требуемым содержанием в нем ГСА.

Однако избыточное содержание электролита в исследуемой системе в некоторых случаях приводит к агрегированию пептизированных частиц и протеканию коагуляционного процесса во второй области коагуляции.

В таблице 3 приведены результаты исследований, направленные на изучение влияния форм ГСА на свойства коагулятов и их способность пептизироваться.

Таблица 3 – Влияние электролита и содержания в нем Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^– на свойства коагулятов

(система «Нейтральная гидродисперсия ТМВС-2 – ГСА») и их способность пептизироваться

Содержание электролита в системе

рН* системы

Свойства коагулятов

R1, н

R1, к

R2, н

R2, к

Nm

d, нм

Способность пептизироваться

Первая область коагуляции

Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)

0,14

3,00

–

–

4,6–7,4

19–23

3240–4000

Нет

Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,16

3,32

–

–

4,6–7,4

13–21

2270–3780

Нет

Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,18

0,45

–

–

6,3–7,4

8–11

1500–1900

Нет

Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,22

0,61

–

–

6,3–7,4

8–10

1470–1820

Нет

Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)

0,37

1,00

–

–

6,3–7,4

7–10

1350–1700

Нет

Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)

0,74

1,39

–

–

7,1–7,4

5–8

875–1400

Да

Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)

1,22

2,23

–

–

7,1–7,2

3–5

530–780

Да

Применение раствора электролита с рН 9,10 (60% Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )

90,0

148,4

–

–

8,6–8,8

3–5

435–600

Нет

Вторая область коагуляции

Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)

0,14

3,00

Более 148,4

Вторая область коагуляции не достигнута

Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,16

3,32

Более 148,4

Вторая область коагуляции не достигнута

Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,18

0,45

1,48

14,9

4,6–6,2

25–30

4400–5300

Нет

Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)

0,22

0,61

1,59

20,1

4,6–6,2

20–25

3500–4400

Нет

Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)

0,37

1,00

1,65

4,48

4,6–6,2

15–20

2650–3500

Нет

Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)

0,74

1,39

4,48

12,2

5,3–6,2

10–13

1750–2250

Нет

Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)

1,22

2,23

7,39

20,1

6,8

5–9

875–1580

Нет

Применение раствора электролита с рН 9,10 (60% Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )

90,0

148,4

Более 148,4

Вторая область коагуляции не достигнута

В первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМВС-2, как видно из таблицы 3, рН* находится в пределах 4,6–7,4 (применяется раствор электролита с рН 1,95–2,70), 6,3–7,4 (применяется раствор электролита с рН 3,50–4,30), 7,1–7,4 (применяется раствор электролита с рН 5,30) и 7,1–8,8 (применяются растворы электролита с рН 6,80 и 9,10).

Коагуляты имеют 19 ≤ N_m ≤ 23 и 3240 ≤ d ≤ 4000 (рН 1,95), 13 ≤ N_m ≤ 21 и 2270 ≤ d ≤ 3780 (рН 2,70), 8 ≤ N_m ≤ 1 и 1500 ≤ d ≤ 1900 (рН 3,50), 8 ≤ N_m ≤ 10 и1470 ≤ d ≤ 1820 (рН 3,75), 7 ≤ N_m ≤ 10 и 1350 ≤ d ≤ 1700 (рН 4,30), 5 ≤ N_m ≤ 8 и 875 ≤ d ≤ 1400 (рН 5,30), 3 ≤ N_m ≤ 5 и 530 ≤ d ≤ 780 (рН 6,80) и 5 ≤ N_m ≤ 5 и 435 ≤ d ≤ 680 (рН 9,10).

Однако пептизирующиеся коагуляты образуются только после добавления к этой ГМК растворов электролита с рН 5,30 и 6,80. В этом случае степень агрегирования коагулюмов (N_m) и размер образовавшихся коагулятов (d) не превышают 8 и 1400 нм соответственно. При этом система имеет рН* 7,1–7,4, что свидетельствует о присутствии в ней Al(H₂O)₄(OH)₂⁺ (5 ≤ R ≤ 10%) (проявляют коагулирующее действие) и Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ (90 ≤ R ≤ 95%) (проявляют стабилизирующее действие, приводящее к замедлению коагуляционного процесса). По этой причине, по нашему мнению, снижается N_m от 19–23 до 8 и, следовательно, уменьшается d от 3240–4000 нм до 530–1400 нм. Следовательно, управление коагуляционным процессом повышает вероятность образования пептизирующихся коагулятов.

Во второй области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМВС-2, когда система содержит избыточное количество электролита и имеет рН* 4,6–6,2, образуются разновеликие и крупнодисперсные осадки, имеющие 10 ≤ N_m ≤ 30 и 1750 ≤ d ≤ 5300. Такие коагуляты не способны пептизироваться [3].

Следовательно, в первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМВС-2 образуются пептизирующиеся коагуляты (3 ≤ N_m ≤ 8 и 530 ≤ d ≤ 1400), а во второй области коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 9 ≤ N_m ≤ 23 и 1470 ≤ d ≤ 4000).

Система «Нейтральная гидродисперсия ЖМ – ГСА». Результаты турбидиметрических исследований, полученных нами для системы, содержащей дисперсную фазу нейтральной гидродисперсии ЖМ и различные формы ГСА (Al(OH)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^-), подтверждают существование области пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции. Об этом свидетельствует снижение мутности системы при переводе ее от первой области коагуляции к области пептизации.

Однако избыточное содержание электролита в исследуемой системе в некоторых случаях приводит к агрегированию пептизированных частиц и протеканию коагуляционного процесса во второй области коагуляции.

В таблице 4 представлены результаты исследований по изучению особенностей образования пептизирующихся и непептизирующихся коагулятов, отличающихся степенью агрегирования коагулюмов (N_m) и размерами (d, нм), в зависимости от содержания в системе гидроксосоединений алюминия Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^–.

В первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ЖМ образуются пептизирующиеся и непептизирующиеся коагуляты. Характер образования таких коагулятов зависит не только от содержания ГСА в системе, но и от качественного и количественного распределения форм ГСА в растворе добавляемого электролита.

Следует подчеркнуть, что при коагуляции нейтральной гидродисперсии ЖМ время «половинной» коагуляции (t_1/2) в 1,3–1,6 раза выше, чем t_1/2 для нейтральных гидродисперсий ТМ и ТМВС-2. Этот важный факт играет положительную роль для снижения N_m и получения пептизирующихся коагулятов. Для сравнения следует отметить, что для гидродисперсий ТМ и ТМВС-2 значения t_1/2 снижаются и составляют соответственно 6,0 и 22,8 мин (рН 1,95), 6,6 и 23,0 мин (рН 2,70), 7,4 и 23,6 мин (рН 3,50), а при использовании растворов электролита с рН 6,80 и 9,10 значения t_1/2 не превышают 100,0 и 160,0 мин. Поэтому размеры коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции гидродисперсии ЖМ, в 1,5–2,0 раза меньше, чем размеры коагулятов, образовав-

Таблица 4 – Влияние электролита и содержания в нем Al(H₂O)₆³⁺, Al(H₂O)₅(OH)²⁺, Al(H₂O)₄(OH)₂⁺, Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и Al(H₂O)₂(OH)₄^– на свойства коагулятов

(система «Нейтральная гидродисперсия ЖМ – ГСА») и их способность пептизироваться

Содержание электролита в системе						рН* системы	Свойства коагулятов
R1, н	R1, к	R2, н		R2, к			Nm	d, нм		Способность пептизироваться
Первая область коагуляции
Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)
0,05	0,37	–		–		5,7–6,8	8–15	1570–3000	Да
Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,08	0,45		–	–		5,7–6,8	7–13	1400–2600		Да
Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,17	0,82		–	–		5,7–6,8	7–12	1400–2370		Да
Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,22	0,74		–	–		5,7–6,8	6–11	1130–2200		Нет
Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)
0,30	1,65		–	–		5,7–6,8	5–10	980–1900		Нет
Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)
0,37	1,00		–	–		5,7–6,8	5–10	980–1900		Нет
Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)
1,00	16,1		–	–		6,8–7,2	5–10	980–1900		Нет
Применение раствора электролита с рН 9,10 (60%Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )
1,65	22,2		–	–		8,6–8,8	4–8	800–1500		Нет
Вторая область коагуляции
Применение раствора электролита с рН 1,95 (100% Al(H2O)6^3+)
0,05	0,37		2,72	7,39	4,3–5,4		18–25	3500–5000		Нет
Применение раствора электролита с рН 2,70 (95% Al(H2O)6^3+ и 5% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,08	0,45		2,82	8,17	4,3–5,4		15–20	3000–4000		Нет
Применение раствора электролита с рН 3,50 (90% Al(H2O)6^3+ и 10% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,17	0,82		3,22	8,74	4,3–5,4		12–17	2300–3500		Нет
Применение раствора электролита с рН 3,75 (88% Al(H2O)6^3+ и 12% Al(H2O)5(OH)^2+)
0,22	0,74		3,42	12,2	4,3–5,4		10–17	2000–3500		Нет
Применение раствора электролита с рН 4,30 (85% Al(H2O)6^3+, 10% Al(H2O)5(OH)^2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2^+)
0,30	1,65		3,52	7,39	4,3–5,4		10–15	2000–3000		Нет
Применение раствора электролита с рН 5,30 (10% Al(H2O)6^3+, 40% Al(H2O)5(OH)^2+, 40% Al(H2O)4(OH)2^+ и 10% Al(H2O)3(OH)3^0)
0,37	1,00		3,72	11,0	5,3–5,4		9–13	1800–2600		Нет
Применение раствора электролита с рН 6,80 (20% Al(H2O)4(OH)2^+ и 80% Al(H2O)3(OH)3^0)
1,00	16,1		Более 148,4		Вторая область коагуляции не достигнута
Применение раствора электролита с рН 9,10 (60% Al(H2O)3(OH)3^0 и 40% Al(H2O)2(OH)4^– )
1,65	22,2		Более 148,4		Вторая область коагуляции не достигнута

шихся при коагуляции гидродисперсий ТМ и ТМВС-2. Следовательно, целенаправленное снижение степени агрегирования коагулюмов (N_m) и размеров образовавшихся коагулятов (d) повышает их пептизирующуюся способность [3].

Пептизирующиеся коагуляты образуются в том случае, когда коагуляционный процесс протекает после добавления к нейтральной гидродисперсии ТМВС-2 раствора электролита с рН 1,95–3,50 (содержит не менее 90% Al(H₂O)₆³⁺ и не более 10% Al(H₂O)₅(OH)²⁺). Их размеры находятся в пределах 1400 ≤ d ≤ 3000, что можно объяснить невысокой степенью агрегирования коагулюмов (7 ≤ N_m ≤ 15).

Однако коагуляты, полученные при использовании раствора электролита с рН 3,75–9,10, не способны пептизироваться несмотря на то, что они имеют 4 ≤ N_m ≤ 11 и 800 ≤ d ≤ 2200. Вероятно, это связано, во-первых, с проявлением стабилизирующего действия присутствующих в системе электронейтральных гидроксосоединений алюминия Al(H₂O)₃(OH)₃⁰ и, во-вторых, со структурой коагулюмов, образовавшихся при коллоидно-химическом взаимодействии частиц дисперсной фазы гидродисперсии ЖМ с формами ГСА, введенными в систему с данным раствором электролита.

Во второй области коагуляции образуются коагуляты, не способные пептизироваться, так как они являются разновеликими (9 ≤ N_m ≤ 25) и крупнодисперсными (1800 ≤ d ≤ 5000) [3].

Следовательно, в первой области коагуляции коагуляции нейтральной гидродисперсии ЖМ образуются пептизирующиеся коагуляты (имеют 7 ≤ N_m ≤ 15 и 1400 ≤ d ≤ 3000), а во второй области коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 9 ≤ N_m ≤ 25 и 1800 ≤ d ≤ 5000).

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

• в первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМ образуются пептизирующиеся коагуляты (имеют 5 ≤ N_m ≤ 23 и 900 ≤ d ≤ 2200), а во второй коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 13 ≤ N_m ≤ 32 и 2470 ≤ d ≤ 6100);

• в первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ТМВС-2 образуются пептизирующиеся коагуляты (имеют 3 ≤ N_m ≤ 8 и 530 ≤ d ≤ 1400), а во второй области коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 9 ≤ N_m ≤ 23 и 1470 ≤ d ≤ 4000);

• в первой области коагуляции нейтральной гидродисперсии ЖМ образуются пептизирующиеся коагуляты (имеют 7 ≤ N_m ≤ 15 и 1400 ≤ d ≤ 3000), а во второй области коагуляции – непептизирующиеся коагуляты (имеют 9 ≤ N_m ≤ 25 и 1800 ≤ d ≤ 5000).

Литература:

1. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы). – М.: Химия, 1982. – 400 с.

2. Фридрихберг Д. К. Курс коллоидной химии. – Л.: Химия, 1984. – 368 с.

3. Черная Н. В., Эмелло Г. Г., Ламоткин А. И. Влияние основных солей алюминия на кинетику быстрой коагуляции гидродисперсии модифицированной канифоли // Вести НАН Беларуси. Серия хим. наук. – 2005. – № 4. – С. 106–122.

4. Черная Н. В. Пептизация осадков при электролитной коагуляции гидродисперсий модифицированной канифоли // Тр. БГТУ. Серия IV. Химия и технология органических веществ. – Мн.: БГТУ, 2005. – Вып. XIII. – С. 151–155.

5. Назаренко В. А., Антонович В. П., Невская Е. М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. – М.: Атомиздат, 1979. – 246 с.

6. Бурков К. А., Лилич Л. С. Проблемы современной химии координационных соединений. Полимеризация гидроксокомплексов в водных растворах // Сб. тр. ЛГУ, 1968. – Вып.2. – С. 134–159.

7. Цюрупа Н. Н. Практикум по коллоидной химии. – М., 1986.

8. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Ю. Г. Фролова и А. С. Гродского/. – М., 1986.