Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров
Исследовано влияние ряда композиций водорастворимых полимеров на интенсивность межчастичных взаимодействий водных суспензий гидрослюды. Показано, что модификация поверхности частиц перед добавлением в систему флокулянта позволяет значительно повысить интенсивность межчастичного взаимодействия в дисп...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Химия и технология воды |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130573 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров / С.Д. Борук, А.С. Макаров // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 366-373. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130573 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Борук, С.Д. Макаров, А.С. 2018-02-16T19:24:11Z 2018-02-16T19:24:11Z 2008 Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров / С.Д. Борук, А.С. Макаров // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 366-373. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130573 541.18.043 : 541.18.048 Исследовано влияние ряда композиций водорастворимых полимеров на интенсивность межчастичных взаимодействий водных суспензий гидрослюды. Показано, что модификация поверхности частиц перед добавлением в систему флокулянта позволяет значительно повысить интенсивность межчастичного взаимодействия в дисперсной системе. Это сопровождается агрегацией частиц и значительным снижением седиментационной устойчивости исследуемых систем. Полученные данные можно использовать при проведении очистки природных и сточных вод от высокодисперсных примесей. Досліджено вплив ряду композицій водорозчинних полімерів на інтенсивність міжчастинної взаємодії у водних суспензіях гідрослюди. Показано, що модифікація поверхні частинок перед введенням до системи флокулянту дозволяє значною мірою підвищити інтенсивність міжчастиної взаємодії в дисперсній системі, що супроводжується втратою її агрегативної та седиментаційної стійкості. Отримані результати можуть бути застосовані при проведенні очистки природних та стічних вод від високодисперсних домішок. An influence of some compositions of water-soluble polymers on intensity of inter-particle interaction in the water suspensions of hydromica has been investigated. It is shown that modification of the particle surface with the surfactants ensures higher intensity of inter-particle interaction in the disperse system. This causes aggregation and sedimentation destabilization. It is shown that some results can be used for cleaning of natural and some waste waters from the disperse impurities. ru Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України Химия и технология воды Физическая химия процессов обработки воды Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров Inter-particle interaction in the water suspensions containing hydromica and water soluble polimers Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| spellingShingle |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров Борук, С.Д. Макаров, А.С. Физическая химия процессов обработки воды |
| title_short |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| title_full |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| title_fullStr |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| title_full_unstemmed |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| title_sort |
межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров |
| author |
Борук, С.Д. Макаров, А.С. |
| author_facet |
Борук, С.Д. Макаров, А.С. |
| topic |
Физическая химия процессов обработки воды |
| topic_facet |
Физическая химия процессов обработки воды |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Химия и технология воды |
| publisher |
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Inter-particle interaction in the water suspensions containing hydromica and water soluble polimers |
| description |
Исследовано влияние ряда композиций водорастворимых полимеров на интенсивность межчастичных взаимодействий водных суспензий гидрослюды. Показано, что модификация поверхности частиц перед добавлением в систему флокулянта позволяет значительно повысить интенсивность межчастичного взаимодействия в дисперсной системе. Это сопровождается агрегацией частиц и значительным снижением седиментационной устойчивости исследуемых систем. Полученные данные можно использовать при проведении очистки природных и сточных вод от высокодисперсных примесей.
Досліджено вплив ряду композицій водорозчинних полімерів на інтенсивність міжчастинної взаємодії у водних суспензіях гідрослюди. Показано, що модифікація поверхні частинок перед введенням до системи флокулянту дозволяє значною мірою підвищити інтенсивність міжчастиної взаємодії в дисперсній системі, що супроводжується втратою її агрегативної та седиментаційної стійкості. Отримані результати можуть бути застосовані при проведенні очистки природних та стічних вод від високодисперсних домішок.
An influence of some compositions of water-soluble polymers on intensity of inter-particle interaction in the water suspensions of hydromica has been investigated. It is shown that modification of the particle surface with the surfactants ensures higher intensity of inter-particle interaction in the disperse system. This causes aggregation and sedimentation destabilization. It is shown that some results can be used for cleaning of natural and some waste waters from the disperse impurities.
|
| issn |
0204-3556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130573 |
| citation_txt |
Межчастичные взаимодействия в водных суспензиях гидрослюды в присутствии водорастворимых полимеров / С.Д. Борук, А.С. Макаров // Химия и технология воды. — 2008. — Т. 30, № 4. — С. 366-373. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT boruksd mežčastičnyevzaimodeistviâvvodnyhsuspenziâhgidroslûdyvprisutstviivodorastvorimyhpolimerov AT makarovas mežčastičnyevzaimodeistviâvvodnyhsuspenziâhgidroslûdyvprisutstviivodorastvorimyhpolimerov AT boruksd interparticleinteractioninthewatersuspensionscontaininghydromicaandwatersolublepolimers AT makarovas interparticleinteractioninthewatersuspensionscontaininghydromicaandwatersolublepolimers |
| first_indexed |
2025-11-25T20:43:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:43:34Z |
| _version_ |
1850530934396289024 |
| fulltext |
366 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4
С.Д. БОРУК, А.С. МАКАРОВ, 2008
УДК 541.18.043 : 541.18.048
С.Д. Борук, А.С. Макаров
МЕЖЧАСТИЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ВОДНЫХ
СУСПЕНЗИЯХ ГИДРОСЛЮДЫ В ПРИСУТСТВИИ
ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ
Исследовано влияние ряда композиций водорастворимых полимеров на интен-
сивность межчастичных взаимодействий водных суспензий гидрослюды. По-
казано, что модификация поверхности частиц перед добавлением в систему
флокулянта позволяет значительно повысить интенсивность межчастично-
го взаимодействия в дисперсной системе. Это сопровождается агрегацией
частиц и значительным снижением седиментационной устойчивости иссле-
дуемых систем. Полученные данные можно использовать при проведении очи-
стки природных и сточных вод от высокодисперсных примесей.
При очистке сточных вод от взвешенных примесей необходимо от-
делять высокодисперсные частицы, часто глинистой природы. Перспек-
тивным направлением в этом является применение ряда органических
веществ, способствующих увеличению интенсивности процессов агре-
гации частиц, которые приводят к снижению седиментационной устой-
чивости дисперсий. Наиболее эффективно отделение дисперсной фазы
происходит при реализации взаимодействия крупных и мелких частиц
[1, 2]. Мелкая частица, попадая в поле молекулярного притяжения круп-
ной, при совместном действии молекулярных, электростатических и
структурных сил образует контактный ассоциат, прочность и устойчи-
вость которого определяется соотношением вышеуказанных сил.
Большое влияние на процессы взаимодействия частиц в дисперсных
системах оказывают органические добавки различной природы. Путем
подбора типа и концентрации добавки можно при помощи регулирова-
ния интенсивности межчастичного взаимодействия добиться изменения
седиментационной устойчивости суспензии.
В качестве объектов исследования была выбрана гидрослюда, кото-
рая представляет собой глинистый минерал, имеющий общую
формулу К1-1,5Al4[Si6,5-7Al1-4,5O20](ОH)4
.nH2O, относящийся к минералам
типа слюд со слоистой структурой и формой кристаллов, близкой к гек-
сагональной [3]. Гранулометрический состав, определенный на лазер-
ном гранулометре GRANULOMETR-750, приведен на рис. 1.
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 367
0
4
8
12
16
0 20 40 60 80
C , масс.%
d , мкм
Рис. 1. Гранулометрический состав дисперсий гидрослюды
Выбор веществ-модификаторов определялся их доступностью, от-
сутствием химического взаимодействия с поверхностью частиц диспер-
сной фазы, низкой токсичностью. Учтено также практическое примене-
ние данных веществ. Согласно [4] этим требованиям соответствовали
следующие вещества:
– полимер полиэтиленоксид (ПЭО) производства новосибирского
филиала Кемеровского НПО "Карболит" (Россия). Молекулярная масса –
порядка (2 – 3) .106 а.е., общая формула
НО – [– CH2 – CH2 – O –]n– Н;
– полимер полиакриламид (ПАА) производства Калушского концер-
на "Ориана". Молекулярная масса – порядка (4 – 5) .106 а.е., общая фор-
мула
.
В качестве критерия интенсивности взаимодействия частиц в раз-
бавленных системах (до 3 кг/м3) был использован эффективный коэффи-
циент налипания (Кн), определяемый как тангенс угла наклона зависи-
мости изменения концентрации мелкой фракции от крупной [5]. Для
установления характера действия добавок на седиментационую устой-
чивость суспензий применяли коэффициент седиментационной неустой-
368 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4
чивости (Ксн), определяемый как тангенс угла наклона зависимости из-
менения величины оптической плотности суспензии за время экспери-
мента (D0 – Dк) от концентрации дисперсной фазы системы [6].
Интенсивность контактных взаимодействий частиц в концентрирован-
ных системах характеризуется произведением коэффициентов m, входя-
щих в функциональную связь параметра в уравнении Эйнштейна, в ко-
тором вязкость таких дисперсных систем описывается уравнением [7, 8]
=0exp(),
где 0 – вязкость суспензии и дисперсионной среды– параметр,
определяемый процессами межчастичного взаимодействия.
Изучаемый минерал содержал частицы различного размера, в том
числе и грубодисперсные (см. рис.1), которые в водной среде быстро се-
диментируют. Исследования проводили на ротационном вискозиметре
"Реотест-2" при больших скоростях сдвига, когда частицы удерживают-
ся во взвешенном состоянии. Установлено, что величина зависит от
безразмерной величины , определяемой как соотношение скоростей
сдвига = D/Dmax, где Dmax – максимальная скорость сдвига, получаемая
на указанном приборе: = ()-m [4, 9]. Значения и m постоянны для
условий каждого конкретного эксперимента. Так как параметр зависит
от скорости сдвига, то, определяя величины констант и m, можно по-
лучить данные об интенсивности межчастичных взаимодействий по ре-
акции системы на внешнее возмущение.
Известно [1, 4], что некоторые более низкомолекулярные добавки,
как, например, ПЭО, модифицируют поверхность частиц дисперсной фазы,
создают в системе первичную структуру. Это в значительной степени вли-
яет на прочность контактов функциональных групп макромолекул ПАА с
частицами. В результате представляло интерес установить характер влия-
ния предварительной модификации ПЭО поверхности частиц дисперсной
фазы суспензий на их устойчивость в присутствии флокулянта ПАА. На
первой стадии поверхность твердой фазы частиц суспензии модифициро-
валась ПЭО, на второй – в исследуемую систему вводили флокулянт ПАА.
При проведении эксперимента изменяли концентрацию вещества-моди-
фикатора, а концентрацию флокулянта поддерживали постоянной.
Результаты и их обсуждение. Как показали результаты исследований,
при проведении предварительной модификации частиц дисперсной фазы
суспензии гидрослюды ПЭО (СПАА= 0,01 кг/м3) наблюдалось увеличение
значений Кн сравнительно с индивидуальным действием ПАА. Агрега-
ция частиц сопровождалась снижением седиментационной устойчивос-
ти суспензий (рис. 2).
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 369
0.05
0.07
0.09
0.11
0.13
0.15
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
С,кг/м 3
К н
а
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
1
2
3
Ксн
С , кг/м3
б
Рис. 2. Зависимость Кн (а) и Ксн (б) суспензий гидрослюды от
концентрации ПЭО при СПАА= 0,01 кг/м3 (1 – Ксн суспензий, содержащих
крупные частицы; 2 – то же, содержащих мелкие частицы; 3 – то же с
совместным содержанием крупных и мелких частиц)
Зависимость Кн от концентрации ПЭО при постоянно заданной концен-
трации ПАА характеризовалась более узким диапазоном концентрации
эффективного действия полиэтиленоксида. Наличие в системе низких
концентраций ПЭО (до 0,02 кг/м3) приводило к образованию в ней ассо-
циатов частиц, что сопровождалось снижением агрегативной и седимен-
тационной устойчивости и, соответственно, увеличением абсолютных
значений величин Кн и Ксн. Введение в систему ПАА приводило к интен-
сивной флокуляции образовавшихся ассоциатов. Этот процесс сопровож-
дался быстрым осветлением суспензий, содержащих крупные частицы,
а также смесь крупных и мелких частиц (см. рис. 2).
Полученные сведения по влиянию предварительной модификации
поверхности частиц глинистых суспензий позволяют рекомендовать при-
менение данной композиции добавок для очистки природных и сточных
370 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4
вод, а также ряда технологических растворов от взвешенных частиц, име-
ющих гидрофильную поверхность. Предварительно агрегированные час-
тицы малых размеров образуют с частицами больших размеров крупные
флокулы и ускоренно седиментируют. При этом количество частиц дис-
персной фазы в дисперсионной среде значительно уменьшается, что под-
тверждается значениями оптической плотности очищенных растворов.
Предварительная модификация частиц также сопровождается уменьше-
нием объёма осадка в системе, вероятно, за счет некоторой гидрофобиза-
ции поверхности глинистых частиц, что приводит к уменьшению количе-
ства жидкости, находящейся между структурными единицами флокул.
Результаты данных исследований нашли практическое применение при
осветлении глинисто-солевых суспензий в производстве минеральных удоб-
рений. Как было установлено (таблица), совместное применение ПЭО и
ПАА позволяет повысить скорость разделения суспензий калийного про-
изводства в 1,5 – 2,3 раза. Причем наиболее эффективно данные реагенты
действуют при соотношении концентраций СПЭО:СПАА = 1:100 [10].
Влияние соотношения концентраций ПАА и ПЭО на скорость осветления
глинисто-солевых суспензий
Реагенты Концентрация,
г/кгтв.ф.
СПАА/СПЭО Скорость
осветления, м/ч
ПАА
ПЭО
0,36
0,0009 400 3,00
То же 0,36
0,0018 200 4,61
–
0,36
0,0036 100 5,62
–
0,36
0,09 40 3,60
–
0,36
0,018 20 3,21
–
0,36
0,022 16 2,86
При повышении концентрации ПЭО происходит стабилизация сус-
пензий, образование в дисперсной системе пространственной структу-
ры, что сопровождается снижением значений Кн и Ксн. Повышение за-
данной концентрации ПАА до 0,02 кг/м3 также сопровождается сниже-
нием значений Кн и Ксн, что обусловлено упрочнением коагуляционной
структуры (рис. 3).
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 371
0.06
0.08
0.1
0.12
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
a
Кн
С , кг/м3
0
0,1
0,2
0,3
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
1
2
3
Ксн
С , кг/м3
б
Рис. 3. Зависимость Кн (а) и Ксн (б) суспензий гидрослюды от
концентрации ПЭО при СПАА= 0,05 кг/м3 (1 – Ксн суспензий, содержащих
крупные частицы; 2 – то же, содержащих мелкие частицы; 3 – то же с
совместным содержанием крупных и мелких частиц)
Интенсивность межчастичных взаимодействий в концентрированных
суспензиях, которая характеризуется произведением констант m, воз-
растает при совместном действии ПЭО и ПАА (рис.4). Концентрацион-
ная зависимость (до 0,005 кг/м3) характеризуется увеличением значе-
ний произведения констант m с последующим выходом зависимости
на плато. Характер полученной зависимости совпадает с таковой для ин-
дивидуального действия ПЭО. Различия заключаются только в абсолют-
ных значениях величин m, но ход зависимости не меняется.
Вместе с тем совместное действие полимеров приводит к значитель-
ному увеличению интенсивности межчастичных взаимодействий. Полу-
ченные абсолютные значения величин m несколько выше, чем для каж-
дого полимера отдельно. Это свидетельствует, что добавка именно ПЭО
372 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4
определяет специфику межчастичных взаимодействий в концентриро-
ванных суспензиях даже в случае наличия в системе такого сильного
флокулянта, как ПАА.
5
5,5
6
6,5
7
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
m
2
4
3
1
С, кг/м3
Рис. 4. Зависимость значений параметра m для суспензий гидрослюды
от концентрации: ПЭО + 0,01 кг/м3 ПАА (1); ПЭО + 0,05 кг/м3 ПАА (2);
Твин-80 + 0,01 кг/м3 ПАА (3); Твин-80 + 0,05 кг/м3 ПАА (4)
Выводы. На основании изложенного установлено, что модификация
поверхности частиц дисперсной фазы перед добавлением в систему фло-
кулянта позволяет значительно повысить интенсивность межчастичного
взаимодействия в дисперсной системе, что сопровождается потерей ею
агрегативной и седиментационной устойчивости. Кроме того, модифика-
ция поверхности гидрофильных частиц водорастворимыми полимерами
и ПАВ гидрофобизирует их поверхность, что повышает скорость осажде-
ния частиц и их агрегатов, а также приводит к уменьшению объема осадка
за счет снижения количества жидкости, находящейся между структурны-
ми единицами флокул. Реализация данного эффекта необходима при про-
ведении отделения частиц дисперсной фазы от дисперсионной среды в
ряде технологических процессов, связанных с очисткой природных и сточ-
ных вод, обогащением минерального сырья, разделения ряда смесей.
Резюме. Досліджено вплив ряду композицій водорозчинних полімерів на
інтенсивність міжчастинної взаємодії у водних суспензіях гідрослюди. Пока-
зано, що модифікація поверхні частинок перед введенням до системи флоку-
лянту дозволяє значною мірою підвищити інтенсивність міжчастиної
взаємодії в дисперсній системі, що супроводжується втратою її агрегативної
ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2008, т. 30, №4 373
та седиментаційної стійкості. Отримані результати можуть бути застосовані
при проведенні очистки природних та стічних вод від високодисперсних
домішок.
S.D. Boruk, A.S. Makarov
INTER-PARTICLE INTERACTION IN THE WATER SUSPENSIONS
CONTAINING HYDROMICA AND WATER SOLUBLE POLIMERS
Summary
An influence of some compositions of water-soluble polymers on intensity
of inter-particle interaction in the water suspensions of hydromica has been
investigated. It is shown that modification of the particle surface with the
surfactants ensures higher intensity of inter-particle interaction in the disperse
system. This causes aggregation and sedimentation destabilization. It is shown
that some results can be used for cleaning of natural and some waste waters
from the disperse impurities.
1. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах
очистки воды. – Л.: Химия, 1987. – 208 с.
2. Александрович Х.М. Физико-химия селективной флотации калийных солей. –
Минск: Наука и техника, 1983. – 272 с.
3. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение /Под ред.
А.А.Абрамзона. – Л.: Химия, 1979. – 302 с.
4. Слипенюк Т.С., Руди В.П. //Коллоид. журн. – 1987.– 49, №2. – С.372 – 375.
5. Сало Д.П., Овчаренко Ф.Д., Круглицкий Н.Н. Высокодисперсные
минералы в фармации и медицине. – Киев: Наук.думка, 1969. – 224 с.
6. Нечипорук В.В., Слипенюк Т.С., Борук С.Д. // Укр. хим. журн. – 1996. –
62, №8. – С.97– 100.
7. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1982. – 400 с.
8. Фролов Ю.Г., Шабанова Н.А., Молодчикова С.И. // Коллоид. журн. –
1983. – 45, №5. – С.970 – 974.
9. Слипенюк Т.С., Руди В.П. // Химия и хим. технология – 1987. – 30, №6. –
С.57 – 60.
10. А.с. 1719016 СССР, МКИ С 02 F 1/56. / Т.С. Слипенюк, В.И. Ватаманюк,
В.П. Руди, Б.В. Зубань, З.В. Назаревич, Ю.П. Безуглый, Р.Ф. Мустафаев,
Б.И. Бойко, Л.Г. Пришляк, С.Д. Борук. – Опубл. 15.03.92, Бюл. № 10.
Нац. ун-т им. Ю. Федьковича, г. Черновцы;
Ин-т коллоид. химии и химии воды
им. А.В. Думанского НАН Украины,
г. Киев Поступила 26.12.2006
|