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)
Sự phá bền của hệ keo do hấp phụ và trung hịa điện tích khi sử dụng muối kim loại diễn ra như sau: đầu tiên quá trình thủy phân của các ion kim loại tạo thành phức hydroxo đơn giản, sau đĩ hình thành các keo polime hydroxo, cuối cùng là kết tủa hydroxit kim loại. Các ion dương trên hấp phụ gây trung hịa điện tích âm của bề mặt hạt huyền phù, giảm lực đẩy giữa các hạt tạo điều kiện cho các hạt huyền phù trung hịa điện tích tiếp cận tương tác với nhau tạo thành các hạt lớn. Cơ chế này chỉ xảy ra khi hệ huyền phù mang điện tích âm tức là trong vùng pH lớn hơn pH đẳng điện của hệ huyền phù.
Các hạt keo nhơm hay sắt cĩ thể làm đảo dấu điện tích làm hệ huyền phù bền trở lại. Nguyên nhân này là do sử dụng tác nhân keo tụ quá liều lượng. Lực tương tác là tổ hợp các lực tĩnh điện và lực hĩa học làm các hạt huyền phù đảo dấu tích điện và gây ra sự tái bền hệ.
II.1.2.3.Cơ chế dính bám và kết tủa
Khi các muối kim loại hay các oxit, hydroxit kim loại dùng làm chất keo tụ cĩ nồng độ cao chúng sẽ kết tủa nhanh dưới dạng các bơng keo hydroxit. Các hạt keo cĩ thể dính vào khối kết tủa các hydroxit tùy thuộc độ quá bão hịa của dung dịch. Để kết tủa nhanh, thì tỷ số: [ ][ ]. 100 ≥ − + s n K OH Me
- [Men+], [OH-] là nồng độ mol của ion kim loại, hydroxyl trong dung dịch;
- Ks là tích số tan của ion Me(OH)n.
Khi các hạt kết tủa tích điện dương, kết tủa sẽ tăng với sự cĩ mặt của các anion trong dung dịch. Các hạt keo được xem như là các tâm tạo thành kết tủa.
Hình III.5. Cơ chế dính bám [12]
Ngồi các cơ chế trên, quá trình keo tụ cịn xảy ra theo cơ chế kết tủa quét, hấp phụ tạo cầu nối giữa các hạt keo. Theo cơ chế kết tủa quét, quá trình thủy phân và tạo polyme xảy ra khi nồng độ ở trạng thái siêu bão hịa. Khi lắng chúng lơi cuốn các hạt keo lắng theo. Khi các polyme hình thành trong hệ hay được bổ sung từ ngồi vào, chúng được hấp phụ lên bề mặt hạt keo và tạo nên cầu nối giữa chúng, tạo thuận lợi để hình thành tập hợp lớn hơn.
Hình III.6. Cơ chế kết tủa quét [12] III.2. Động học quá trình keo tụ
- Đơng tụ là sự phá vỡ tính bền của các hạt keo bằng cách đưa thêm một chất phản ứng gọi là chất gây đơng tụ
- Kết bơng: Là sự tích tụ các hạt đã bị phá vỡ độ bền đầu tiên thành các bơng nhỏ, sau đĩ thành các cụm bơng (flocs) cĩ kích thước lớn hơn và cĩ thể lắng được. Để tăng cường sự hình thành của các flocs, thường sử dụng các chất trợ bơng.
- Cĩ hai hiện tượng vận chuyển chi phối quá trình kết bơng + Kết bơng động học: gây ra do chuyển động nhiệt Brown
Tốc độ kết bơng hay sự thay đổi của số lượng hạt theo thời gian được tính theophương trình ; Smoluschowski [4]: 2 3 4 n . kF dt dn η α − = Với:
- n: số phần tử chuyển động hay số hạt trong một đơn vị thể tích - α: hệ số va chạm hiệu dụng của quá trình tạo bơng cụm
- k: hằng số boltzmann - T: Nhiệt độ tuyệt đối
+ Kết bơng orthokinelic: Hiện tượng kết bơng này cĩ sự liên quan đến năng lượng tiêu tán. Hiệu quả của quá trình kết bơng cho phép thu được các khối đơng tụ lớn hơn và được tách ra.
Quá trình tách ra phụ thuộc vào chế độ chảy [4]: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chế độ chảy tầng: . . 2. 0. 3 6 1