Để làm mất sự ổn định của các hạt keo thì phải giảm hàng rào năng lượng hay nĩi cách khác là giảm thể năng zeta bằng cách cho thêm các chất đơng tụ.
Thế năng Zeta: là điện thế tính từ mặt trượt của hạt và trong lịng dung dịch hay nĩi cách khác là hiệu thế giữa lớp cố định và lớp chuyển động. Thế năng zeta phụ thuộc vào thể nhiệt động E và chiều dày của hai lớp.
Thế năng Zeta chi phối sự dịch chuyển của các hạt keo và cĩ tác động qua lại lẫn nhau. Mối quan hệ giữa thế năng Zeta và độ di động điện chuyển [4]:
me = η ε . k Z . Trong đĩ: - me: độ di động điện chuyển - ε: Hằng số điện của mơi trường - k: hệ số thường chọn từ 4÷6 - η: độ nhớt động học
Để lực hút thắng lực đẩy thì điện thế zeta phải nhỏ hơn 0.03V và quá trình keo tụ càng đạt hiệu quả khi điện thế zeta tiến tới 0.
II.1.2. Cơ chế keo tụ
Ở đây nghiên cứu sự keo tụ bằng chất điện ly vì cĩ ý nghĩa lý thuyết và thực tế quan trọng.
Nguyên tắc:
Khi tăng nồng độ hoặc hĩa trị của ion trong dung dịch, sẽ làm giảm bề dày lớp điện tích kép, làm giảm điện thế zeta của hạt. Khi thế điện động giảm đến cực tiểu hoặc khi thế zeta ξ→ 0 thì lực đẩy của hạt giảm đến cực tiểu, lực hút trội hơn, sự keo
p ppppp
tụ sẽ xảy ra. Các hạt sẽ sa lắng độc thân, nhưng thường kết dính, tập hợp lại và sa lắng.
Các quy tắc keo tụ bằng chất điện ly
• Ion keo tụ cĩ điện tích ngược dấu với ion keo.
• Ngưỡng keo tụ tỉ lệ nghịch với hĩa trị của ion gây keo tụ.
• Ngưỡng keo tụ của chất điện ly đối với sự keo tụ là nồng độ tối thiểu của chất điện ly cần cĩ trong hệ keo để hiện tượng keo tụ bắt đầu xuất hiện.
II.1.2.1. Nén ép lớp khuếch tán
Các ion nằm trong lớp khuếch tán là các ion đối của ion tạo thế. Chính số lượng và sự phân bố của các ion đối trong lớp khuếch tán quyết định giá trị điện thế zeta ở bề mặt trượt (bề mặt ngồi của lớp hấp phụ - lớp kép).
Khi trong dung dịch cĩ các chất điện ly lạ (khơng cĩ các ion trong thành phần của nhân keo) cĩ ion đối cùng tên và “mạnh” hơn ion đối ở lớp khuếch tán. Các ion đĩ đi vào bên trong của mặt trượt, làm độ dày của lớp khuếch tán “mỏng” đi và do đĩ thế zeta giảm xuống, cĩ thể đến 0, đến trạng thái đẳng điện. Hạt keo sẽ bị nén ép lại, tạo điều kiện cho các hạt huyền phù tiếp cận nhau, tính bền của hệ keo sẽ kém đi. Sự keo tụ theo cơ chế này chỉ diễn ra chủ yếu với các hệ keo cĩ thế năng cao, độ dày lớp khuếch tán khơng lớn và nồng độ ion của dung dịch nhỏ.
Các ion keo tụ “mạnh” là: ion cĩ hĩa trị cao và cĩ bán kính thực lớn (khơng kể độ dày của vở solvat).
Cơ chế tác dụng keo tụ tuân theo lý thuyết DLVO (tên của các tác giả Deryagin, Landau, Verwey và overbeck): Ion của chất điện ly cùng dấu với điện tích của bề mặt thì bị đẩy và ion đối của nĩ thì bị hút. Sự keo tụ chỉ diễn ra khi nồng độ chất điện ly đạt một giá trị tối thiểu nào đĩ gọi là ngưỡng keo tụ. Ngưỡng keo tụ (Cγ ) quan hệ với hĩa trị và nồng độ ion theo cơng thức [4]:
6 6 2 5 3 . . ) . ( Z C A T K Kx C ε p γ = Với - K: là hằng số - A: là hằng số tương tác hút tĩnh điện - ε: là hằng số điện mơi.
- Z: hĩa trị của ion đối. - Kp : Hằng số Boltzmann - T: Nhiệt độ tuyệt đối (0K)