Технологии

Влияние адсорбции и условий среды на образование двойного электрического слоя

5 октября 2014

Автор статьи: Ирина Гудилина

Данная статья является логическим продолжением темы очистки сточных вод от коллоидных растворов и методов их дестабилизации.

Адсорбция ионов служит основной причиной формирования электрического слоя на поверхности частей, имеющего двухслойное строение, который представляет собой основную причину стабильности коллоидных систем. Его образование является следствием фактора избирательной ионной адсорбции, когда на твердой поверхности тел, к которым принадлежат и частицы коллоидных растворов, происходит закрепление ионов, имеющих либо положительный, либо отрицательный заряд. Это выбор определяется тем, что закрепляться на поверхности могут только ионы, участвующие в достраивании кристаллической, или молекулярной структуры твердого тела и образовывать с ним нерастворимые соединения, кроме того, они должны находиться в избытке в водной среде. По сути, такая адсорбция является хемосорбцией, так как в ее механизме присутствует химическое взаимодействие между сорбируемыми ионами и микрокристаллической структурой твердого вещества. При формировании электрического двойного слоя протекают так же и ионообменные процессы, когда ионы, поступающие в систему коллоидного раствора, мигрируют и обмениваются с ионами обоих слоев.

Сам по он представляет собой тонкую прослойку, находящуюся межфазной границе, и выстроен из двух пространственно разделенных зарядов противоположного знака. Они, в свою очередь составляют электронейтральную систему, в которой заряд твердой поверхности равняется заряду противоионного слоя. В его образовании, благодаря такому его свойству, могут принимать участие также и полярные молекулы. Первая часть такого двойного слоя имеет толщину около 10-10 метров, она характеризуется плотным строением, и ионы в ней находятся на молекулярном расстоянии от поверхности коллоидных частиц. Он характеризуется линейным падением потенциала и основными действующими в нем силами являются силы электростатического притяжения. Вторая часть двойного слоя имеет толщину порядка 10-9-10-5 метра и располагается на расстоянии большем, чем радиус сольватированного иона. Эта часть характеризуется нелинейным падением электрического потенциала. Поэтому, окружающий коллоидную частицу электрический слой состоит из плотной и диффузной частей. А скачок потенциала определяется суммой значений его падения, в той и другой его части электрического слоя. Поэтому строение и размеры такой электрической оболочки определяется концентрацией ионов электролита или полярных молекул, имеющихся в водной среде. С увеличением их концентрации диффузия противоионов, находящихся вблизи поверхности твердой фазы, становится слабее, что и дает в результате снижение размеров диффузного слоя, сопровождаемое уменьшением значения падения потенциала. Поэтому в особо концентрированных ионных растворах можно наблюдать практически полное отсутствие диффузного слоя.

Разрыв электрического слоя, образующийся при движении частиц в водной среде, образуется по плоскости скольжения во время перемещения фаз, и может быть вызван броуновским движением дисперсной фазы. Проходит плоскость скольжения по диффузному слою, поэтому после разрыва при отрыве части диффузного слоя водная среда и дисперсные частицы приобретают противоположный заряд. При этом на плоскости скольжения образуется электрокинетический потенциал, называемый еще дзета-потенциалом. Расстояние, на котором расположена плоскость скольжения, сообразуется со скоростью движения фаз относительно друг друга, вязкостью и прочими условиями среды. Величина дзета-потенциала зависит от температуры, концентрации вещества, составляющего дисперсную фазу, а так же электролитов. При повышении температуры диффузный слой расширяется, к тому же часть ионов при этом переходит туда из плотного слоя, что увеличивает в результате дзета-потенциал. Но при возрастании температуры возможна активация процесса десорбировния потенциалообразующих ионов, в результате чего снижается заряд частицы, следовательно, и дзета-потенциал. Поэтому следует осторожно использовать подобный метод регулирования.

Получить консультацию специалиста Консультация

Вследствие разбавления большими объемами воды, в нем снижается концентрация ионов электролита, поэтому растет толщина диффузного слоя и в него начинается отток ионов из плотного слоя. В этом случае снова возрастает дзета-потенциал. Но при разбавлении выше критического, при продолжении десорбции потенциалообразующих ионов, снижается поверхностный заряд коллоидных частиц, что ведет к закономерному снижению дзета-потенциала. Если же к коллоидному раствору добавляется электролит, с ионами, индифферентными к процессу избирательной адсорбции, это ведет к уменьшению толщины диффузного слоя и движения распределения ионов в сторону плотного слоя. Результатом этих процессов является снижение величины дзета-потенциала в некоторых случаях до нуля, что и приводит к коагуляции.

В системе коллоидного раствора все частицы имеют заряд одной полярности, поэтому при их сближении начинается действие сил электростатического отталкивания, происходящее в результате перекрытия их диффузных слоев. При этом, чем меньше расстояние между коллоидными частицами и больше степень перекрытия диффузного слоя, тем интенсивнее работают силы электростатического отталкивания. На изменение структуры электрического двухкомпонентного слоя особенное влияние оказывает добавление электролитов, или же поверхностно-активных веществ, в которых не имеется потенциалопределяющих ионов. При этом происходит сжатие обоих частей электрического слоя, сопровождаемое снижением дзета-потенциала. При адсорбции многозарядных катионов типа трехвалентного железа или алюминия возможно изменение не только величины заряда поверхности коллоидной частицы, но и ее знака.

Скорость коагуляции коллоидного раствора определяется преодолением потенциального барьера отталкивания коллоидных частиц, чем он выше, тем более устойчивой является система коллоидного раствора. Уменьшение его величины ведет к возрастанию результативности столкновения между коллоидными частицами, при нулевом значении каждое из них приводит к созданию агрегата. Этого эффекта можно достигнуть, если повысить концентрацию электролитов, что приведет к вытеснению противоионов из диффузной части в плотную часть . после этого происходит уменьшение потенциального барьера отталкивания коллоидных частиц, что ведет и к снижению дзета-потенциала и увеличению скорости коагуляции.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.