Chương 7: keo tụ và bảo vệ

ĐỘ BỀN VỮNG VÀ KEO TỤ CỦA HỆ KEO I ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO II SỰ KEO TỤ BẰNG CHẤT ĐIỆN LY III ĐỘNG HỌC CỦA SỰ KEO TỤ BẰNG CHẤT ĐIỆN LY IV MỘT SỐ HIỆN TƯNG KEO TỤ ĐẶC BIỆT CHƯƠNG I Độ bền hệ keo • 1/ Khái niệm: • Tính bền vững hệ keo đặc trưng khả trì trạng thái phân tán không đổi theo thời gian • - Với hệ keo ưa lưu thông thường hệ bền vững mặt nhiệt động học ∆G = ∆H - T∆S < • - Với hệ keo ghét lưu: lượng liên kết bên phase phân tán lớn lượng tương tác phase và: ∆G = ∆H - T∆S > Sự phân tán tự xảy mà nhờ công bên nhờ trình khác Đây hệ không bền vững nhiệt động Độ bền vững hệ keo chia làm loại: -Độ bền động học -Độ bền tập hợp Hai yếu tố liên quan mật thiết với Độ bền tập hợp nguyên nhân trực tiếp dẫn đến phá vỡ độ bền động học hệ Khi hai hạt keo tiến lại gần Có hai loại lực xuất hiện: + Lực hút phân tử (Van de Waals) + Lực đẩy tónh điện (Coulomb) Khi lực hút phân tử ưu thế, hạt keo bò hút lại với -> Sự keo tụ Phần lớn keo tụ gây bào mòn lớp kép, giảm ζ Hệ keo xảy keo tụ điểm đẳng điện? 2/ Lực hút phân tử lực đẩy tónh điện hạt keo Khi đưa hạt keo lại gần nhau, có lực đối lập xuất hiện: a- Lực hút phân tử: tỷ lệ nghòch với khoảng cách x hạt keo, đặc trưng lượng hút A (Attraction): b- Lực đẩy tónh điện: lực xuất lớp khuyếch tán micelle phủ phần, lượng đẩy R (Repulsion) Mô tả Lennard-Jones phân tử CH4 Tuy nhiên lực phân tử áp dụng cho hệ keo: -Các hạt keo coi chất điểm, lưỡng cực điển hình Tương tác Coulomb tập hợp hàm đơn phức tạp R=f(x) tỷ lệ với hàm exponential -Tương tác hạt gần tương tác mặt phẳng Theo Lipsit Deriagin: A=f(x) tỷ lể nghòch đảo lũy thừa bậc với d~100A˜ tỷ lệ nghòch đảo lũy thừa bậc với d~400-500A˜ -Đặt U = R – A: đònh tương tác hạt Sự phụ thuộc U vào khoảng cách xác đònh thực nghiệm: dU > 0: hai hạt keo đẩy dU < 0: hai hạt keo hút 10 Muốn hệ keo bền vững, phải tăng lực đẩy tónh điện, làm giảm xác suất va chạm hiệu hạt keo phương pháp: - Tạo cho bề mặt hạt keo hấp phụ điện tích (tăng ϕ o ζ ) Tăng độ bền cấu thể động học - Lõi hạt keo nhỏ lực Van de Waals nhỏ Độ bền cấu thể lớn - Pha loãng, giảm nồng độ hạt ν Tăng độ bền động học - Thêm vào chất hoạt động bề mặt Ngăn cản khả kết tụ hạt keo (Tăng độ bền cấu thể) 11 Do tính chất thuận nghòch keo tụ hệ keo ưu lưu Tính chất keo tụ hệ keo ghét lưu quan tâm Ảnh hưởng chất điện ly điện động học ζ trình keo tụ hệ keo ghét lưu quan tâm 12 II- Sự keo tụ chất điện ly Hầu hết chất điện ly có khả gây keo tụ đặc trưng ngưỡng keo tụ γ (mM/L): nồng độ tối thiểu chất điện ly cần để keo tụ sol với tốc độ đònh ε (kT )5 B γ =C 6 = AeZ Z Z: điện tích ion gây keo tụ B: số hệ keo 13 Ngưỡng keo tụ keo âm As2S3 với ion hóa trò I, II, III tương ứng cỡ 1:20:350 14 Qui tắc Schulze – Hardy: Chỉ có ion dấu với ion nghòch gây nên tượng keo tụ, khả keo tụ ion lớn hóa trò ion cao Td: keo âm As2S3 keo tụ cation K+, Ba2+, Al3+ thì: γ K+= 49,5 mM/L; γ Ba2+ = 0,69mM/L; γ Al3+ = 0,096mM/L Với ion có hóa trò, khả gây keo tụ tăng bán kính ion tăng: Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+ I- > Br - > NO3- > Cl15 III- Động học keo tụ chất điện ly Để nghiên cứu tính chất động học keo tụ, cần phải xác đònh số hạt phân tán hệ theo thời gian Bằng thực nghiệm thực cách keo tụ chất điện ly dừng việc keo tụ thời gian đònh chất làm bền Theo Smolukhopski: Tốc độ keo tụ phụ thuộc vào yếu tố chính: + Nồng độ hạt ban đầu + Cường độ chuyển động Brown – Hệ số khuếch tán D + Bán kính tác động (R) lực hút tónh điện khoảng cách d hai hạt keo Khi xảy keo tụ d=2R 16 R 17 • Theo Smolukhopski keo tụ xảy chủ yếu hai hạt va chạm với Xác suất để lúc hạt va chạm với thấp Dạng động học dành cho trình keo tụ mô tả dạng bậc • Mô tả • Phương trình động học keo tụ: − Trong đó: d ∑υ dt = k ( ∑υ ) ∑ν: tổng số hạt đơn vò thể tích k : số tốc độ phản ứng 18 − d ∑υ dt = k ( ∑υ ) => − d ∑υ ( ∑υ ) = k dt Lấy tích phân hai vế: 1 − = kt ∑ υ υo hay υo ∑υ = + kυ t o Hằng số k phụ thuộc vào D d, để tránh phức tạp ta lấy θ thời gian bán keo tụ υo υo = + kυoθ 19 Xác đònh được: kυo = θ Phương trình động học có dạng: ∑υ = υo t 1+ θ 20 IV- Một số tượng keo tụ đặc biệt  Khi keo tụ ion có hóa trò lớn ( Fe3+, Al3+, Th4+, PO43-,…)hoặc chất màu, alkaloid, người ta thu kết thực nghiệm sau: Vùng I & III: bền ξ Vùng II & IV: keo tụ ξtới hạn =-30mV I II C1 III C3 IV C5 C ξtới hạn =+30mV 21  Trong kỹ thuật thường gặp nhiều tượng keo tụ tác động hỗn hợp chất điện ly C2 -Hiện tượng kết hợp (đường 1) -Hiện tượng cản trở (đường 2) γ2 -Hiện tượng hỗ trợ (đường 3) γ1 Đồ thò keo tụ hệ keo hỗn hợp chất điện ly C1 22  Sự keo tụ dò thể tương hỗ: - Các hạt hệ phân tán kết dính váo bề mặt không loại với chúng → keo tụ dò thể - Các hạt sol tích điện ngược dấu gây keo tụ lẫn → keo tụ tương hỗ 23