Метод получения дисперсных систем

Тема: Методы получения и очистка дисперсных систем.
Выполнила: магистрант Ширина Т.В. гр. Х(о)м-21

Дисперсная система – это такая гетерогенная система, которая состоит по крайней мере из двух фаз, одна из них – дисперсная фаза, является раздробленной (прерывной), а другая – дисперсионная среда представляет собой нераздробленную (непрерывную) часть системы.

Дисперсные системы занимают промежуточное положение между микроскопическими гетерогенными системами и молекулярными растворами – гомогенными системами.
Рисунок 1. Классификация дисперсных систем в зависимости от размера частиц.

Это обусловливает возможность возникновения дисперсных систем двумя путями: либо измельчением (диспергированием) более крупных частиц до нужной степени дисперсности, либо укрупнением молекул (рис. 2).
Первый путь образования – диспергационный (диспергирование макрофазы), а второй – конденсационный (конденсация из истинных растворов).
Рисунок 2. Получение свободнодисперсной системы
1- диспергирование, 2 – конденсация.

Методы диспергирования (от лат. – измельчать) – получение частиц дисперсной фазы путем дробления крупных частиц на более мелкие. Характерны для лабораторных, промышленных и для процессов диспергирования, происходящих в природе.
В лабораторных и промышленных условиях данные процессы проводят в дробилках, жерновах и мельницах различной конструкции. Наиболее распространены шаровые мельницы, в которых получают системы с размерами частиц в пределах от 2-3 до 50-70мкм.
Диспергационные методы занимают ведущее место в мировом производстве различных веществ (например, дробление руды, угля, цемента, минеральных удобрений, помол муки и т.д.)

Лауреат нобелевской премии Т. Сведберг предложил разделить методы получения ультрадисперсных частиц на две большие группы: диспергационные и конденсационные.

Лиофильными считаются термодинамически устойчивые дисперсные системы, которые находятся в
состоянии термодинамического равновесия. Следовательно, диспергирование в данной жидкой среде является процессом самопроизвольным, энергетически выгодным и обратимым.



Лиофобность дисперсных систем рассматривается как синоним их термодинамической неустойчивости.



Другой критерий лиофильности (по Ребиндеру – Щукину):



где d – линейный размер частиц,
- коэффициент, учитывающий форму частиц и изменение энтропии.
Для лиофильных систем:

Механическое измельчение проводят в мельницах различной конструкции, например в шаровых (а) или коллоидных (б) мельницах (рисунок 3)
Шаровая мельница представляет собой фарфоровый или металлический барабан, внутрь которого закладывают фарфоровые или стальные шары различного диаметра. Таким образом, шаровые мельницы работают по принципу удара свободно падающих шаров при вращении барабана.
Коллоидные мельницы - работают по принципу удара при больших скоростях или по принципу истирания. Измельчение в коллоидной мельнице проводят всегда в жидкой среде. Для гидрофильных материалов в качестве дисперсионной среды применяют воду, а для гидрофобных материалов, например для угля или графита, некоторые органические жидкости, по возможности неполярные. Для предотвращения слипания частиц и для облегчения дробления в дисперсионную среду (жидкость) добавляют поверхностно-активные вещества.

Рисунок 3. Схема шаровой (а) и коллоидной мельниц (б): 1 – труба для подачи суспензии, 2 – ротор, 3 – электрический мотор, 4 – выводная труба.

Разрушение материалов в процессе диспергирования может быть облегчено при использовании эффекта Ребиндера – адсорбционного понижения прочности твердых тел.
Адсорбционное понижение прочности – явление, связанное с развитием микродефектов структуры твердого тела при адсорбции молекул поверхностно-активных веществ. В результате адсорбции молекулы ПАВ стремятся раздвинуть микрощели и способствуют этим диспергированию под действием внешних деформирующих сил.
Рисунок 4. Эффект Ребиндера

Для получения газовых пузырьков в жидкости применяют барботирование. Барботирование – прохождение газовой струи через жидкость с достаточно большой скоростью, при которой струя становится неустойчивой и начинает дробиться на отдельные небольшие пузырьки.
Рисунок 5. Тарельчатая колонна со сливными устройствами

Ультразвуковой метод с частотой колебаний порядка 20.000 Гц. применяют для диспергирования твердых материалов, помещенных в жидкость. Ультразвук создает в небольших локальных объемах жидкости резкие чередования сжатия и расширения, что приводит к разрушению материалов и их диспергированию. Ультразвуковой метод удобен для получения дисперсных частиц металлов в органических жидкостях (органозолей), а также коллоидных растворов серы, гипса, гидрофильных полимеров в воде и т.д.
Рисунок 6. Схема ультразвукового небулайзера

При диспергировании в электрических аппаратах избыток электрических зарядов сообщается распыляемой жидкости, и в результате отталкивания одноименных зарядов происходит дробление жидкости на капли.

Пептизацией называют переход осадков, при промывании их достаточным количеством жидкости или под действием специальных веществ (пептизаторов), в состояние коллоидного раствора.
Пептизировать можно только «свежие» (свежеприготовленные) осадки, в которых частицы коллоидного размера соединены в более крупные агрегаты через прослойки дисперсионной среды. По мере хранения осадков происходят явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, что препятствует пептизации.
Три способа пептизации:
Адсорбционная пептизация
Диссолюционная (химическая пептизация)
Промывание осадка растворителем.