Черная Н. В., Ламоткин А. И., Эмелло Г. Г.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

ЭЛЕКТРОЛИТНАЯ КОАГУЛЯЦИЯ ВЫСОКОСМОЛЯНЫХ ГИДРОДИСПЕРСИЙ НЕМОДИФИЦИРОВАННОЙ И МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАНИФОЛИ. ПЕПТИЗАЦИЯ КОАГУЛЯТОВ

 

Проведенные нами исследования [1] свидетельствуют о том, что характер коагуляционного процесса зависит от коллоидно-химических свойств высокосмоляных гидродисперсий немодифицированной (высокосмоляная ГНК) и модифицированной (высокосмоляная ГМК) канифоли и содержания в системе электролита (Rэл, мас. ч. / мас. ч. дисперсной фазы ГНК (ГМК)). При этом в растворе электролита (сульфата алюминия) в зависимости от его рН присутствуют различные формы гидроксосоединений алюминия (ГСА) [2], к числу которых относятся 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 содержание различных форм ГСА в системах «Высокосмоляная ГНК – ГСА» и «Высокосмоляная ГМК – ГСА» оказывает существенное влияние на характер протекающего коагуляционного процесса и способность образовавшихся коагулятов пептизироваться.

Проведенные нами турбидиметрические исследования [3] показали, что в зависимости от коллоидно-химических свойств высокосмоляных ГНК и ГМК и содержания в изучаемых системах «Высокосмоляная ГНК – ГСА» и «Высокосмоляная ГМК – ГСА» вышеуказанных форм ГСА коагуляционный процесс может протекать в одной или двух областях коагуляции.

Установлено, что в системе «Высокосмоляная ГНК – ГСА» коагуляционный процесс протекает только в одной области коагуляции. Об этом свидетельствует экстремальный характер зависимости изменения мутности (τ, см–1) системы от содержания в ней электролита (Rэл), отличающегося качественным и количественным распределением в нем форм ГСА. Коагулирующее действие оказывают положительно заряженные ионы ГСА. Получено, что численные значения τ зависят, во-первых, от коллоидно-химических свойств высокосмоляной ГНК и, во-вторых, от содержания в системе электролита (Rэл) и присутствующих в нем форм ГСА. Максимальные значения τ свидетельствуют об образовании разновеликих и крупнодисперсных коагулятов. Последние седиментируют, образуя осадки, и не способны пептизироваться, что, по нашему мнению, можно объяснить повышенной степенью агрегирования коагулюмов.

Однако в исследуемых системах «Высокосмоляная ГМК – ГСА» коагуляционный процесс протекает в двух областях коагуляции [3]. Об этом свидетельствует повышение τ на зависимостях τ = (Rэл) в первой и во второй областях коагуляции. Причем максимальные значения τ, полученные в первой области коагуляции, меньше значений τ, полученных во второй области коагуляции. Это можно объяснить увеличением размеров коагулятов, образовавшихся во второй области коагуляции ГМК. При этом коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции ГМК, способны пептизироваться в зависимости от Rэл и содержания форм ГСА в растворе электролита, добавляемого к ГМК.

Следует обратить особое внимание на то, что нами впервые обнаружена область пептизации (дезагрегирования) коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции высокосмоляных ГМК, и область существования агрегативно устойчивых «пептизированных» частиц. Об этом свидетельствует снижение мутности системы после протекания коагуляционного процесса в первой области коагуляции. Однако последующее увеличение содержания электролита в системе «Высокосмоляная ГМК – ГСА» приводит к дестабилизации «пептизированных» частиц, что сопровождается их агрегированием и, следовательно, к протеканию коагуляционного процесса во второй области коагуляции.

Поэтому особый научный и практический интерес представляют системы «Высокосмоляная ГМК – ГСА», отличающиеся структурой частиц дисперсной фазы ГМК и содержанием Al(H2O)5(OH)2+, Al(H2O)4(OH)2+, Al(H2O)3(OH)30 и  Al(H2O)2(OH)4. Это объясняется следующими причинами.

Во-первых, в системе «Высокосмоляная ГМК – ГСА», содержащей частицы дисперсной фазы гидродисперсий ТМВС-2Н, ТМАС-3Н и Sacocell-309, коагуляционный процесс протекает в двух областях коагуляции. При этом образовавшиеся в первой области электролитной коагуляции ГМК коагуляты пептизируются.

Во-вторых, свойства коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции, влияют на их способность пептизироваться. При этом процесс пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции ГМК, как установлено нами, протекает полностью или частично, а в некоторых случаях коагуляты совсем не пептизируются. В то же время коагуляты, образовавшиеся во второй области коагуляции ГМК, не пептизируются. На пептизирующуюся способность коагулятов влияют степень агрегирования коагулюмов и размеры образовавшихся из них коагулятов.

В-третьих, протеканию процесса пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции ГМК, способствует, как впервые показано нами, дополнительное введение в систему «Высокосмоляная ГМК – ГСА» расчетных количеств раствора электролита с заданным содержанием в нем ГСА. При этом пептизирующиеся коагуляты, на наш взгляд, должны обладать требуемой степенью дисперсности, которая зависит от степени агрегирования коагулюмов.

Отсутствие в литературе данных об особенностях коагуляции высокосмоляных ГНК и ГМК в присутствии ГСА не позволяет, с одной стороны, управлять коагуляционным процессом и, с другой стороны, получать пептизирующиеся коагуляты.

Цель исследований – изучение особенностей коагуляции высокосмоляных гидродисперсий немодифицированной и модифицированной канифоли в присутствии 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.

Коагуляция высокосмоляных ГНК и ГМК осуществлялась в присутствии 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. Изменение качественного и количественного распределения форм ГСА в растворе электролита, добавляемого к ГНК и ГМК, достигалось целенаправленным снижением его рН 0,5%-ного раствора от 3,50 (свежеприготовленный раствор) до 2,70 и 1,95 путем добавления к нему 0,5 н раствора HCl или повышением его рН до 3,75, 4,30, 5,30, 6,80 и 9,10 путем добавления к нему 24%-ного раствора NH4OH.

На первом этапе нами определено содержание ГСА (Rэл), при котором протекает коагуляционный процесс и происходит пептизация коагулятов.

На втором этапе определены размеры коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции ГМК, а также размеры «пептизированных» частиц. При этом наблюдения за системой «Высокосмоляная ГМК – ГСА» проводили в течение времени (t), которое увеличивали от 0,5 до 60,0 мин.

Для достижения поставленной цели нами использованы данные проведенных турбидиметрических исследований и рН-метрии. Это позволило нам определить скорость (W) протекающих процессов коагуляции и пептизации. Для определения степени агрегирования коагулюмов использовали методику М. Смолуховского [4]. Средние размеры коагулятов (dср, нм) и «пептизированных» частиц (dп, нм) определяли на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-5610- LV (модель JSM-5610 LV, производитель фирма JEOL Ltd. (Япония)) в соответствии с прилагаемыми к ним инструкциям.

В таблице 1 представлены результаты исследований по изучению особенностей образования коагулятов в системе «Высокосмоляная ГНК – ГСА» в зависимости от содержания в системе электролита (Rэл, мас. ч. / мас. ч. дисперсной фазы ГНК) и рН его раствора. Аналогичные данные представлены в таблицах 2–4 для исследуемой системы «Высокосмоляная ГМК – ГСА», содержащей частицы дисперсной фазы гидродисперсий ТМВС-2Н (таблица 2), ТМАС-3Н (таблица 3) и Sacocell-309 (таблица 4).

Из таблицы 1 видно, что процесс электролитной коагуляции высокосмоляной ГНК протекает в одной области коагуляции. Образовавшиеся коагуляты являются разновеликими и крупнодисперсными. При увеличении Rэл от 0,75 до 10,00 размер коагулятов  повышается  от 500 до 4300 нм.  Коагуляционный про-


Таблица 1 – Особенности коагуляции высокосмоляной ГНК в зависимости от содержания в системе электролита (Rэл) с рН 3,50 (содержит 90% Al(H2O)63+ и 10% Al(H2O)5(OH)2+)

Rэл

рН* системы

W·10–2, см–1·с–1 при = 0,5 мин

dср, нм

0

8,3

0

200

0,15

7,4

0

200

0,30

7,0

0

200

0,45

6,8

0

200

0,60

6,7

0

200

0,75

6,5

0,52

500

0,90

6,3

0,66

820

1,05

6,2

0,70

1500

1,20

6,0

0,87

2020

1,35

5,6

0,90

2540

1,50

5,4

1,45

3060

3,25

5,2

1,74

3750

6,00

5,0

2,34

4080

8,00

4,7

2,98

4230

10,00

4,5

2,98

4230

 

цесс начинается, когда система имеет рН* 6,5, и завершается, когда система имеет рН* 4,7. Область пептизации коагулятов отсутствует.

О протекании процесса полной пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции высокосмоляных ГМК, свидетельствуют два основных факта. Во-первых, размеры «пептизированных» частиц (dп) максимально приближаются к размерам частиц дисперсной фазы исходной ГМК (d0), то есть выполняется условие dп  d0. И, во-вторых, для «пептизированных» частиц коагуляционный процесс отсутствует, поэтому скорость коагуляции W = 0. Однако для исследуемых высокосмоляных ГМК существенно отличаются условия образования и свойства пептизирующихся коагулятов.

О протекании частичной пептизации коагулятов свидетельствуют следующие факты. Во-первых, в начальный момент времени, когда t = 0,5 мин, dп  d0 и W = 0, а при t > 0,5 мин может происходить незначительное  агрегирование «пептизированных» частиц, в результате чего dп > d0 и W > 0. И, во-вторых, возможен вариант, когда при t = 0,5 мин размер «пептизированных» частиц незначительно превышает размер частиц дисперсной фазы исходной ГМК, то есть dп > d0 и W = 0, а при t > 0,5 мин происходит незначительное их агрегирование; однако размеры образовавшихся агломератов значительно меньше размеров коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции высокосмоляной ГМК.

Сопоставительный анализ данных, полученных для коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции исследуемых высокосмоляных ГМК и представленных в таблицах 2–4, свидетельствует о том, что при использовании раствора электролита с рН 1,95–5,30 коагуляция протекает в двух областях, а при использовании раствора электролита с рН 6,80–9,10 – только в одной области. При этом коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции ГМК, пептизируются полностью или частично. Однако в некоторых случаях процесс пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции, отсутствует.

Ниже приведены установленные нами особенности образования коагулятов в первой и во второй областях коагуляции высокосмоляных ГМК в зависимости от рН раствора электролита и содержания в нем форм ГСА.

При коагуляции высокосмоляной гидродисперсии ТМВС-2Н, как видно из таблицы 2, в присутствии Al(H2O)63+, введенными в систему с раствором электролита (рН 1,95), образуются коагуляты, имеющие размер 350 ≤ dср  730 нм (первая область коагуляции при 0,06 ≤ Rэл ≤ 0,13) и 500 ≤ dср  995 нм (вторая область коагуляции при 2,01 ≤ Rэл ≤ 8,17). При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1)  уменьшается  от  0,95·10–2  до 0,05·10–2 в первой области коагуляции и от 1,70·10–2 до 0,06·10–2 во второй области коагуляции. В первой и во второй областях коагуляции система имеет рН* 7,3–7,5 и 5,0–6,4 соответственно. Однако коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, пептизируются только частично.


Таблица 2 – Особенности коагуляции высокосмоляной гидродисперсии ТМВС-2Н и пептизации образовавшихся коагулятов

в зависимости от рН раствора электролита и содержания его в дисперсной системе (Rэл, мас. ч. /мас. ч. дисперсной фазы ТМВС-2Н)

рН

раствора

электро-лита

 

Процессы,

протекающие в системе

Диапазон изменения параметров

 

ln Rэл

 

Rэл

при увеличении t от 0,5 до 60,0 мин

рН*

(снижение)

10–2, см–1·с–1

(снижение)

dср, нм

(повышение)

 

1,95

Коагуляция (первая область)

От –2,8 до –2,0

От 0,06 до 0,13

От 7,5 до 7,3

От 0,95 до 0,05

От 350 до 730

Пептизация коагулятов (частичная)

От –1,8 до –0,8

От 0,14 до 0,16

От 7,2 до 6,5

От 0,48 до 0

От 260 до 440

Коагуляция (вторая область)

От +0,7 до +2,1

От 2,01 до 8,17

От 6,4 до 5,0

От 1,70 до 0,06

От 500 до 995

 

2,70

Коагуляция (первая область)

От –2,3 до –1,8

От 0,10 до 0,17

От 7,5 до 7,3

От 0,80 до 0,03

От 330 до 520

Пептизация коагулятов (частичная)

От –1,3 до –0,8

От 0,18 до 0,27

От 7,2 до 6,5

От 0,27 до 0

От 240 до 375

Коагуляция (вторая область)

От +1,0 до +2,2

От 2,72 до 9,03

От 6,4 до 5,0

От 1,40 до 0,04

От 450 до 900

 

3,50

Коагуляция (первая область)

От –1,6 до –1,0

От 0,20 до 0,37

От 7,5 до 7,3

От 0,63 до 0,02

От 220 до 425

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,8 до 0

От 0,38 до 0,45

От 7,2 до 6,5

От 0,22 до 0

От 180 до 400

Коагуляция (вторая область)

От +1,1 до +2,5

От 3,00 до 12,18

От 6,4 до 5,0

От 0,63 до 0,02

От 220 до 425

 

3,75

Коагуляция (первая область)

От –1,5 до –1,0

От 0,22 до 0,39

От 7,5 до 7,3

От 0,50 до 0,01

От 215 до 363

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,5 до +0,4

От 0,40 до 1,61

От 7,2 до 6,5

От 0,13 до 0,02

От 180 до 250

Коагуляция (вторая область)

От +1,2 до +2,6

От 3,32 до 13,46

От 6,4 до 5,0

От 0,50 до 0,01

От 215 до 363

 

4,30

Коагуляция (первая область)

От –0,6 до –0,1

От 0,55 до 0,90

От 7,5 до 7,3

От 0,39 до 0,01

От 210 до 350

Пептизация коагулятов (полная)

От +0,3 до +0,8

От 0,91 до 1,35

От 7,2 до 6,5

0

180

Коагуляция (вторая область)

От +1,3 до +3,1

От 3,67 до 21,6

От 6,4 до 5,0

От 0,39 до 0,01

От 210 до 350

 

5,30

Коагуляция (первая область)

От –0,5 до 0

От 0,61 до 1,00

От 7,5 до 7,3

0,13 до 0,01

От 205 до 300

Пептизация коагулятов (полная)

От +0,4 до +1,7

От 1,01 до 1,49

От 7,2 до 6,5

0

180

Коагуляция (вторая область)

От +1,5 до +3,4

От 4,48 до 31,2

От 6,4 до 5,5

От 0,13 до 0,01

От 205 до 330

 

6,80

Коагуляция (первая область)

От +0,8 до +1,3

От 2,22 до 3,67

От 7,5 до 7,3

От 0,08 до 0,01

От 260 до 375

Пептизация коагулятов (частичная)

От +2,2 до +2,6

От 3,68 до 9,03

От 7,2 до 6,9

От 0,01 до 0

От 180 до 220

Коагуляция (вторая область)

От +3,2 до +3,8

От 24,5 до 48,4

6,8

От 0,08 до 0,01

От 300 до 430

 

9,10

Коагуляция (первая область)

От +4,5 до +5,0

От 90,0 до 148,4

От 8,3 до 8,5

От 0,06 до 0,01

От 240 до 300

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует


Таблица 3 – Особенности коагуляции высокосмоляной гидродисперсии ТМАС-3Н и пептизации образовавшихся коагулятов

в зависимости от рН раствора электролита и содержания его в дисперсной системе (Rэл, мас. ч. /мас. ч. дисперсной фазы ТМАС-3Н)

рН

раствора

электро-лита

 

Процессы,

протекающие в системе

Диапазон изменения параметров

 

ln Rэл

 

Rэл

при увеличении t от 0,5 до 60,0 мин

рН*

(снижение)

10–2, см–1·с–1

(снижение)

dср, нм

(повышение)

 

1,95

Коагуляция (первая область)

От –3,3 до –2,5

От 0,04 до 0,08

От 7,5 до 7,3

От 6,55 до 0,54

От 1030 до 1810

Пептизация коагулятов (частичная)

От –1,5 до –0,5

От 0,09 до 0,21

От 7,2 до 6,5

От 0,01 до 0

От 185 до 700

Коагуляция (вторая область)

От +1,0 до +2,3

От 1,72 до 9,97

От 6,4 до 5,0

От 0,35 до 0,30

От 700 до 1080

 

2,70

Коагуляция (первая область)

От –2,5 до –1.8

От 0,08 до 0,17

От 7,5 до 7,3

От 8,00 до 0,42

От 1000 до 1400

Пептизация коагулятов (частичная)

От –1,3 до –0,1

От 0,18 до 0,27

От 7,2 до 6,5

От 0,26 до 0

От 500 до 800

Коагуляция (вторая область)

От +0,5 до +2,4

От 1,85 до 11,02

От 6,4 до 5,0

От 0,42 до 0,22

От 625 до 900

 

3,50

Коагуляция (первая область)

От –1,5 до –0,8

От 0,22 до 0,45

От 7,5 до 7,3

От 2,00 до 0,01

От 600 до 1080

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,5 до 0

От 0,46 до 0,61

От 7,2 до 6,5

От 1,00 до 0

От 300 до 580

Коагуляция (вторая область)

От +1,0 до +2,6

От 2,72 до 13,46

От 6,4 до 5,0

От 4,54 до 0.38

От 1100 до 1480

 

3,75

Коагуляция (первая область)

От –1,3 до –0,4

От 0,27 до 0,67

От 7,5 до 7,3

От 0,75 до 0,01

От 260 до 490

Пептизация коагулятов (полная)

От 0 до +0,6

От 0,68 до 1,00

От 7,2 до 6,5

0

185

Коагуляция (вторая область)

От +1,4 до +3,2

От 4,06 до 24,53

От 6,4 до 5,0

От 4.34 до 0,20

От 1100 до 1200

 

4,30

Коагуляция (первая область)

От –0,6 до –0,2

От 0,55 до 0,82

От 7,5 до 7,3

От 0,80 до 0,01

От 260 до 1200

Пептизация коагулятов (полная)

От +0,2 до +0,6

От 0,83 до 1,22

От 7,2 до 6,5

0

185

Коагуляция (вторая область)

От +1,5 до +3,5

От 4,48 до 33,11

От 6,5 до 5,0

От 3,25 до 0,01

От 600 до 800

 

5,30

Коагуляция (первая область)

От –0,2 до +0,5

От 0,82 до 1,65

От 7,5 до 7,3

От 1,25 до 0,01

От 200 до 300

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

От +1,6 до +4,0

От 4,82 до 54,60

От 7,2 до 5,3

От 3,00 до 0,10

От 300 до 500

 

6,80

Коагуляция (первая область)

От +1,4 до +5,0

От 4,06 до 148,4

От 7,5 до 6,8

От 2,18 до 0,01

От 265 до 440

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует

 

9,10

Коагуляция (первая область)

От +3,5 до +5,0

От 33,1 до 148,4

От 8,4 до 8,8

От 1,28 до 0,01

От 220 до 350

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует


Таблица 4 – Особенности коагуляции высокосмоляной гидродисперсии Sacocell-309 и пептизации образовавшихся коагулятов

в зависимости от рН раствора электролита и содержания его в дисперсной системе (Rэл, мас. ч. /мас. ч. дисперсной фазы Sacocell-309)

рН

раствора

электро-лита

 

Процессы,

протекающие в системе

Диапазон изменения параметров

 

ln Rэл

 

Rэл

при увеличении t от 0,5 до 60,0 мин

рН*

(снижение)

10–2, см–1·с–1

(снижение)

dср, нм

(повышение)

 

1,95

Коагуляция (первая область)

От –3,0 до –2,0

От 0,05 до 0,13

От 6,5 до 6,1

От 1,48 до 0,32

От 400 до 820

Пептизация коагулятов (полная)

От –1,5 до +0,2

От 0,14 до 0,22

От 6,0 до 5,7

0

216

Коагуляция (вторая область)

От +0,5 до +1,0

От 1,65 до 2,72

От 5,6 до 5,0

От 0,26 до 0,12

От 310 до 550

 

2,70

Коагуляция (первая область)

От –2,9 до –1,5

От 0,05 до 0,22

От 6,5 до 6,1

От 0,30 до 0,02

От 300 до 545

Пептизация коагулятов (полная)

От –1,0 до +0,3

От 0,23 до 0,37

От 6,0 до 5,7

0

216

Коагуляция (вторая область)

От +0,6 до +1,2

От 1,82 до 3,32

От 5,6 до 5,0

От 0,07 до 0,02

От 300 до 545

 

3,50

Коагуляция (первая область)

От –2,8 до –1,0

От 0,07 до 0,37

От 6,5 до 6,1

От 0,52 до 0,01

От 345 до 575

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,8 до +0,5

От 0,38 до 0,45

От 6,0 до 5,7

От 0,02 до 0

От 216 до 300

Коагуляция (вторая область)

От +1,0 до +1,9

От 2,72 до 6,69

От 5,6 до 5,0

От 0,52 до 0.01

От 600 до 780

 

3,75

Коагуляция (первая область)

От –2,5 до –0,7

От 0,08 до 0,49

От 6,5 до 6,1

От 0,44 до 0,01

От 340 до 565

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,2 до +0,7

От 0,50 до 0,83

От 6,0 до 5,7

От 0,02 до 0

От 216 до 310

Коагуляция (вторая область)

От +1,5 до +2,0

От 4,48 до 7,39

От 5,6 до 5,0

От 1,35 до 0,02

От 630 до 840

 

4,30

Коагуляция (первая область)

От–2,3 до –0,5

От 0,10 до 0,60

От 6,5 до 6,1

От 1,65 до 0,15

От 380 до 580

Пептизация коагулятов (частичная)

От –0,1 до +1,2

От 0,61 до 0,95

От 6,0 до 5,7

От 0,56 до 0,01

От 216 до 500

Коагуляция (вторая область)

От 1,7 до +2,1

От 5,72 до 7,79

От 5,6 до 5,0

От 2,60 до 0,23

От 465 до 1000

 

5,30

Коагуляция (первая область)

От +0,5 до +2,5

От 1,65 до 12,18

От 6,5 до 5,3

От 1,60 до 0,10

От 430 до 650

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует

 

6,80

Коагуляция (первая область)

От +0,6 до +3,0

От 1,82 до 20,09

От 6,5 до 6,8

От 0,55 до 0,04

От 300 до 530

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует

 

9,10

Коагуляция (первая область)

От +2,0 до +5,0

От 7,39  до 148,4

От 6,8 до 7,5

От 0,40 до 0,02

От 290 до 400

Пептизация коагулятов

Отсутствует

Коагуляция (вторая область)

Отсутствует


Применение раствора электролита с рН 2,70–3,75 (содержит 88–95% Al(H2O)63+ и 5–12% Al(H2O)5(OH)2+) позволяет незначительно уменьшить размеры коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции, также  пептизируются только частично.

Размеры коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции гидродисперсии ТМВС-2Н, уменьшаются до 350 и 300 нм соответственно в том случае, когда рН раствора электролита повышается от 4,30 (содержит 85% Al(H2O)63+, 10% Al(H2O)5(OH)2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2+) до 5,30 (содержит 10% Al(H2O)63+, 40% Al(H2O)5(OH)2+, 40% Al(H2O)4(OH)2+ и 10% Al(H2O)3(OH)30). Это можно объяснить уменьшением коагулирующего действия форм ГСА за счет снижения их зарядов. В первой и во второй областях коагуляции содержание в системе электролита должно находиться соответственно в пределах 0,55 ≤ Rэл ≤ 0,90 и 3,67 ≤ Rэл ≤ 21,60 при использовании электролита с рН 4,30 и в пределах 0,61 ≤ Rэл ≤ 1,00 и 4,48 ≤ Rэл ≤ 31,20 при использовании электролита с рН 5,30. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) в первой области коагуляции уменьшается от 0,39·10–2 до 0,01·10–2 (рН 4,30) и от 0,13·10–2 до 0,01·10–2 (рН 5,30).

При использовании растворов электролита с рН 4,30 и 5,30 система имеет рН* 7,3–7,5 (первая область коагуляции) и 5,0–6,4 (вторая область коагуляции). Установлено, что при использовании растворов электролита с рН 4,30–5,30 в первой области коагуляции образуются пептизирующиеся коагуляты. Последующее добавление в такую систему необходимого количества раствора электролита с рН 4,30–5,30 обеспечивает полную пептизацию коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции гидродисперсии ТМВС-2Н.

Применение раствора электролита с рН 6,80 (содержит 20% Al(H2O)4(OH)2+ и 80% Al(H2O)3(OH)30) приводит к тому, что коагуляция протекает в двух областях и при переходе от первой области коагуляции ко второй существует область частичной пептизации коагулятов. В первой области коагуляции система содержит электролит в количестве 2,22 ≤ Rэл ≤ 3,67 (система имеет рН* 7,3–7,5), а во второй области коагуляции – 24,50 ≤ Rэл ≤ 48,40 (система имеет рН* 6,80). При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 0,08·10–2 до 0,01·10–2 в первой области коагуляции и от 0,08·10–2 до 0,01·10–2 во второй области коагуляции. Размеры коагулятов не превышают 400 нм.

Применение раствора электролита с рН 9,10 (содержит 60% Al(H2O)3(OH)30 и 40% Al(H2O)2(OH)4) приводит к тому, что коагуляция протекает только в одной области коагуляции. В этом случае система содержит электролит в количестве 90,00 ≤ Rэл ≤ 148,40. Получено, что при увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) уменьшается от 0,06·10–2 до 0,01·10–2.. Размеры коагулятов не превышают 300 нм. Однако область пептизации коагулятов отсутствует.

Следует обратить особое внимание на особенности образования пептизирующихся коагулятов в первой области коагуляции высокосмоляной гидродисперсии ТМВС-2Н в присутствии форм ГСА, введенными с раствором электролита с рН 1,95, 2,70, 3,50, 3,75, 4,30, 5,30 и 6,80. Нами установлено, что последующее добавление в систему, содержащую коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, электролита в количестве 0,14 ≤ Rэл ≤ 0,15 (рН 1,95), 0,18 ≤ Rэл ≤ 0,26 (рН 2,70), 0,38 ≤ Rэл ≤ 0,44 (рН 3,50), 0,40 ≤ Rэл ≤ 0,60 (рН 3,75), 0,91 ≤ Rэл ≤ 1,34 (рН 4,30), 1,01 ≤ Rэл ≤ 1,48 (рН 5,30) и 3,68 ≤ Rэл ≤ 9,02 (рН 6,80) приводит к пептизации коагулятов. Однако коагуляты, образовавшиеся в присутствии форм ГСА, введенных с раствором электролита с рН 1,95, 2,70, 3,50 и 3,75, пептизируются только частично, в то время как при использовании растворов электролита с рН 4,30 (содержит 85% Al(H2O)63+, 10% Al(H2O)5(OH)2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2+) и рН 5,30 (содержит 10% Al(H2O)63+, 40% Al(H2O)5(OH)2+, 40% Al(H2O)4(OH)2+ и 10% Al(H2O)3(OH)30) в первой области коагуляции образуются полностью пептизирующиеся коагуляты.

При коагуляции высокосмоляной гидродисперсии ТМАС-3Н, как видно из таблицы 3, в присутствии Al(H2O)63+, введенными в систему с раствором электролита (рН 1,95), образуются коагуляты, имеющие размер 1030 ≤ dср  1810 нм (первая область коагуляции, когда 0,04 ≤ Rэл ≤ 0,08) и 700 ≤ dср  1080 нм (вторая область коагуляции, когда 1,72 ≤ Rэл ≤ 9,97). При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) уменьшается от 6,55·10–2 до 0,54·10–2 в первой области коагуляции и от 0,35·10–2 до 0,30·10–2 во второй области коагуляции. Получено, что в первой и во второй областях коагуляции система имеет рН* 7,3–7,5 и 5,0–6,4 соответственно. Однако коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, пептизируются частично.

Применение раствора электролита с рН 2,70–3,50 (содержит 90–95% Al(H2O)63+ и 5–10% Al(H2O)5(OH)2+) позволяет незначительно уменьшить размеры коагулятов, образовавшихся как в первой, так и во второй областях коагуляции. Однако коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, пептизируются только частично.

Размеры коагулятов, образовавшихся в первой и во второй областях коагуляции гидродисперсии ТМАС-3Н, уменьшаются до 490 и 500 нм соответственно в том случае, когда рН раствора электролита повышается от 3,75 (содержит 88% Al(H2O)63+ и 12% Al(H2O)5(OH)2+) до 4,30 (содержит 85% Al(H2O)63+, 10% Al(H2O)5(OH)2+ и 5% Al(H2O)4(OH)2+). В первой и во второй областях коагуляции содержание в системе электролита находится соответственно в пределах 0,27 ≤ Rэл ≤ 0,67 и 4,06 ≤ Rэл ≤ 24,53 при использовании электролита с рН 3,75 и в пределах 0,55 ≤ Rэл ≤ 0,82 и 4,48 ≤ Rэл ≤ 33,1 при использовании электролита с рН 4,30. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) в первой области коагуляции уменьшается от 0,75·10–2 до 0,01·10–2 (рН 3,75) и от 0,08·10–2 до 0,01·10–2 (рН 4,30).

При использовании растворов электролита с рН 4,30 и 5,30 система имеет рН* 7,3–7,5 (первая область коагуляции) и 5,0–6,4 (вторая область коагуляции). Установлено, что при использовании растворов электролита с рН 3,75–4,30 в первой области коагуляции образуются пептизирующиеся коагуляты. Последующее добавление в такую систему необходимого количества раствора электролита с рН 3,75–4,30 обеспечивает полную пептизацию коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции гидродисперсии ТМАС-3Н.

Применение раствора электролита с рН 5,30 (содержит 10% Al(H2O)63+, 40% Al(H2O)5(OH)2+, 40% Al(H2O)4(OH)2+ и 10% Al(H2O)3(OH)30) приводит к тому, что коагуляционный процесс протекает в двух областях, однако при переходе от первой области коагуляции ко второй нами не обнаружена область пептизации коагулятов. В первой области коагуляции система содержит электролит с рН 5,30 в количестве 0,82 ≤ Rэл ≤ 1,65 и имеет  рН* 7,3–7,5, а во второй области коагуляции – 4,82 ≤ Rэл ≤ 54,60 и рН* 5,3–7,2). При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 1,25·10–2 до 0,01·10–2 в первой области коагуляции и от 3,00·10–2 до 0,10·10–2 во второй области коагуляции. Размеры коагулятов не превышают 500 нм.

Получено, что применение раствора электролита с рН 6,80 (содержит 20% Al(H2O)4(OH)2+ и 80% Al(H2O)3(OH)30) приводит к тому, что коагуляция протекает только в одной области коагуляции. Область пептизации коагулятов отсутствует. В этом случае система содержит электролит в количестве 4,06 ≤ Rэл ≤ 148,40, что обеспечивает ее рН* в диапазоне 6,8–7,5. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 2,18·10–2 до 0,01·10–2. Размеры коагулятов не превышают 440 нм.

Применение раствора электролита с рН 9,10 (содержит 60% Al(H2O)3(OH)30 и 40% Al(H2O)2(OH)4) приводит к тому, что коагуляционный процесс протекает только в одной области коагуляции. В этом случае система содержит электролит в количестве 33,10 ≤ Rэл ≤ 148,40. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 1,28·10–2 до 0,01·10–2.. Размеры коагулятов не превышают 350 нм.

Следует обратить особое внимание на особенности образования пептизирующихся коагулятов в первой области коагуляции гидродисперсии ТМАС-3Н в присутствии форм ГСА, введенными с раствором электролита с рН 1,95, 2,70, 3,50, 3,75 и 4,30. Нами установлено, что последующее добавление в систему, содержащую коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, электролита в количестве 0,09 ≤ Rэл ≤ 0,21 (рН 1,95), 0,18 ≤ Rэл ≤ 0,26 (рН 2,70), 0,46 ≤ Rэл ≤ 0,60 (рН 3,50), 0,68 ≤ Rэл ≤ 0,99 (рН 3,75) и 0,83 ≤ Rэл ≤ 1,12 (рН 4,30) приводит к пептизации коагулятов. Однако коагуляты, образовавшиеся  в первой области коагуляции в присутствии форм ГСА, введенных с раствором электролита с рН 1,95, 2,70 и 3,50, пептизируются только частично, в то время как при использовании раствора электролита с рН 3,75–4,30  (содержит 85–88% Al(H2O)63+, 10–12% Al(H2O)5(OH)2+ и не более 5% Al(H2O)4(OH)2+) образуются полностью пептизирующиеся коагуляты.

При коагуляции высокосмоляной гидродисперсии Sacocell-309, как видно из таблицы 4, в присутствии Al(H2O)63+, введенными в систему с раствором электролита (рН 1,95), образуются коагуляты, имеющие размер 400 ≤ dср  820 нм (первая область коагуляции, когда 0,05 ≤ Rэл ≤ 0,13) и 310 ≤ dср  550 нм (вторая область коагуляции, когда 1,65 ≤ Rэл ≤ 2,72). При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 1,48·10–2 до 0,32·10–2 в первой области коагуляции и от 0,26·10–2 до 0,12·10–2 во второй области коагуляции. Получено, что в первой и во второй областях коагуляции система имеет рН* 6,1–6,5 и 5,0–5,6 соответственно. Коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, пептизируются полностью.

Применение раствора электролита с рН 2,70 (содержит 95% Al(H2O)63+ и 5% Al(H2O)5(OH)2+) позволяет незначительно уменьшить размеры коагулятов, образовавшихся как в первой, так и во второй областях коагуляции. Коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, пептизируются полностью.

Применение для коагуляции гидродисперсии Sacocell-309 растворов электролита с рН 3,50, 3,75 и 4,30 приводит к тому, что коагуляция протекает в двух областях. Получено, что при переходе от первой области коагуляции ко второй протекает частичная пептизация коагулятов. В первой и во второй областях коагуляции содержание в системе электролита находится соответственно в пределах 0,07 ≤ Rэл ≤ 0,37 и 2,72 ≤ Rэл ≤ 6,69 при использовании электролита с рН 3,50, 0,08 ≤ Rэл ≤ 0,49 и 4,48 ≤ Rэл ≤ 7,39 при использовании электролита с рН 3,75 и в пределах 0,10 ≤ Rэл ≤ 0,60 и 5,72 ≤ Rэл ≤ 7,79 при использовании электролита с рН 4,30. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) в первой области коагуляции уменьшается от 0,52·10–2 до 0,01·10–2 (рН 3,50), от 0,44·10–2 до 0,01·10–2 (рН 3,75) и от 1,65·10–2 до 0,15·10–2 (рН 4,30). Коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции, имеют размер не более 600 нм и пептизируются только частично.

Получено, что при использовании раствора электролита с рН 5,30 (содержит 10% Al(H2O)63+, 40% Al(H2O)5(OH)2+, 40% Al(H2O)4(OH)2+ и 10% Al(H2O)3(OH)30) коагуляционный процесс протекает только в одной области коагуляции при рН* системы 5,3–6,5. При этом система содержит электролит в количестве 1,65 ≤ Rэл ≤ 12,18. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 1,60·10–2 до 0,10·10–2. Образовавшиеся коагуляты имеют размер около 650 нм и не пептизируются.

Применение раствора электролита с рН 6,80 (содержит 20% Al(H2O)4(OH)2+ и 80% Al(H2O)3(OH)30) приводит к тому, что коагуляция протекает только в одной области коагуляции. Область пептизации коагулятов отсутствует. В этом случае система содержит электролит в количестве 1,82 ≤ Rэл ≤ 20,09, что обеспечивает рН* системы в диапазоне 6,5–6,8. При увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляции (W, см–1·с–1) уменьшается от 0,55·10–2 до 0,04·10–2. Размеры коагулятов не превышают 530 нм.

Применение раствора электролита с рН 9,10 (содержит 60% Al(H2O)3(OH)30 и 40% Al(H2O)2(OH)4) приводит к тому, что коагуляция протекает в одной области коагуляции. В этом случае система содержит электролит в количестве 7,39 ≤ Rэл ≤ 148,40. Получено, что при увеличении t от 0,5 до 60,0 мин скорость коагуляционного процесса (W, см–1·с–1) уменьшается от 0,40·10–2 до 0,02·10–2.. Размеры коагулятов не превышают 400 нм. Процесс пептизации коагулятов отсутствует.

Следует обратить особое внимание на особенности образования пептизирующихся коагулятов в первой области коагуляции высокосмоляной гидродисперсии Sacocell-309 в присутствии форм ГСА, введенными с растворами электролита с рН 1,95, 2,70, 3,50, 3,75 и 4,30. Нами установлено, что последующее добавление в систему, содержащую коагуляты, электролита в количестве 0,14 ≤ Rэл ≤ 0,21 (рН 1,95), 0,23 ≤ Rэл ≤ 0,36 (рН 2,70), 0,38 ≤ Rэл ≤ 0,44 (рН 3,50), 0,50 ≤ Rэл ≤ 0,81 (рН 3,75) и 0,61 ≤ Rэл ≤ 0,94 (рН 4,30) приводит к пептизации коагулятов. Однако коагуляты, образовавшиеся в первой области коагуляции в присутствии форм ГСА, введенных с раствором электролита с рН 3,50–4,30, пептизируются только частично, в то время как при использовании раствора электролита с рН 1,95–2,70 (содержит не менее 95% Al(H2O)63+ и не более 5% Al(H2O)5(OH)2+) в первой области коагуляции образуются полностью пептизирующиеся коагуляты.

Таким образом, изучены особенности образования коагулятов в первой и во второй областях коагуляции высокосмоляных ГНК и ГМК. Показано, что коагуляты, образовавшиеся в первой области электролитной коагуляции, пептизируются полностью или частично либо в некоторых случаях не пептизируются совсем, а коагуляты, образовавшиеся во второй области электролитной коагуляции, не пептизируются. Применение катионных полиэлектролитов приводит к тому, что процесс коагуляции ГНК и ГМК протекает только в одной области, а образовавшиеся коагуляты не пептизируются.

 

Литература:

1. Черная Н. В., Эмелло Г. Г., Ламоткин А. И. Влияние основных солей алюминия на кинетику быстрой коагуляции гидродисперсии модифицированной канифоли // Вести Национальной академии наук Беларуси. Серия хим. наук. – 2005. – № 4. – С. 106–112.

2. Назаренко В. А., Антонович В. П. Невская Е. М. Гидролиз металлов в разбавленных растворах. – М.: Атомиздат, 1979.

3. Черная Н. В., Эмелло Г. Г., Ламоткин А. И. Влияние форм гидроксосоединений алюминия на закономерности процесса электролитной коагуляции канифольной эмульсии ТМВС-2Н // Сб. тр. БГТУ: Химия и технология органических веществ. – Мн.: БГТУ. – 2003. – Вып. XI. – Серия IV. – С. 55–59.

4.  Цюрупа Н. Н. Практикум по коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1963. – 163 с.