LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення

молекул органічної речовини, в якій мінерал набухає. Вищий показник набухання органомонтморилонітів у бензолі порівняно з етанолом можна пояснити взаємодією 3р-електронів молекул бензолу з органічними катіонами на поверхні глинистого мінералу й у міжпакетному просторі.

Показано, що процес набухання бентоніту у дистильованій та водопровідній водах призводить до зменшення проникності глинистого мінералу – аж до припинення фільтрування через зразок. У водних розчинах бромідів калію, натрію, кальцію величина набухання бентоніту менша, ніж у розчинах відповідних хлоридів. Однак швидкість фільтрування вища у випадку їх хлоридів, що зумовлено фізико-хімічною взаємодією на межі розділу фаз порода-розчин.

Запропоновані методи дали змогу аналізувати набухання різних типів мінералів із домішками у широкому діапазоні зміни пористості. Крім цього, ці методи дозволяють виконати вимірювання протягом обмеженого проміжку часу, та зручні у лабораторних дослідженнях і при проведенні експрес-аналізів за умов виробництва.

Аналіз і узагальнення одержаних експериментальних даних дозволяють зробити висновок щодо можливості застосування запропонованих методик набухання глинистих мінералів для вивчення процесів взаємодії мінералів із різною природою поверхні з полярними та неполярними рідинами, а також одержання систем з оптимальними колоїдно-хімічними властивостями.

ВПЛИВ ПРИРОДИ ПОВЕРХНІ ЧАСТИНОК ТВЕРДОЇ ФАЗИ НА ПРОЦЕСИ ЗМОЧУВАННЯ У ПОЛЯРНИХ І НЕПОЛЯРНИХ РІДИНАХ

Дослідження процесів змочування високодисперсних оксидів і мінералів полярними та неполярними рідинами сприяє поглибленню наших уявлень стосовно впливу природи поверхні мінеральних частинок і вологості на витіснення вуглеводневих рідин із гідрофільного пористого середовища водою.

У третій главі подані основні закономірності змочування поверхні твердого тіла та порошкоподібних речовин рідинами. Розглянені основні показники та методи, що застосовуються для визначення характеристик змочування поверхні речовин у дисперсному порошкоподібному стані. Коротко висвітлена природа активних центрів на поверхні кремнезему, оксиду алюмінію та графіту. Відомо, що ідентифікація активних центрів дає змогу розглядати характер і природу явищ, які перебігають на поверхні твердого тіла, а також прогнозувати їх фізико-хімічні властивості та практичне застосування.

Встановлено, що з ростом вологості вихідних зразків кремнезему швидкість поглинання декану, води та витіснення декану водою збільшуються. При вологості кремнезему 60%мас. швидкість поглинання рідин і ширина їх ліній ЯМР досягають максимальних величин, а після цього різко зменшуються (рис. 3). Спонтанне поглинання декану та води повністю припиняється при вологості 75%мас.



Рис.3. Залежність ширини лінії ЯМР протонів води в дисперсіях аеросилу від вологості в присутності чотирихлористого вуглецю (1) і без нього (2).



Збільшення ширини ліній ЯМР протонів води у дисперсіях кремнезему з ростом вологості системи можна пояснити наступним чином. Для області незначних вологостей вклад неоднорідного розширення є меншим дипольного, форма частинок у дисперсії з шарами адсорбованої води близька до сферичної. Це відбувається до вологості 30%мас., що складає 8–10 умовних шарів води. У даному випадку адсорбована вода утворює тонку плівку навколо частинок кремнезему. Можна припустити, що у цьому випадку, внаслідок дії поверхневих сил, молекули води мають високу рухливість лише по поверхні частинок.

При вологості, що перевищує 30%мас., вплив поверхні значно послаблюється, і молекули води заповнюють міжчастинковий простір, насамперед на стику гідратних сфер. Як результат цього, зростає магнітна гетерогенність середовища, і спостерігаємо розширення ліній спектрів ЯМР. Різке звуження ліній ЯМР наступає тоді, коли міжчастинковий простір заповнений водою, і внесок неоднорідного розширення у ширину ліній різко зменшується.

Основною причиною витіснення декану з дисперсій кремнезему є більша спорідненість молекул води з поверхнею частинок кремнезему порівняно з насиченим вуглеводнем-деканом. Зростання коефіцієнта швидкості витіснення декану водою при вологості понад 30%мас. можна пояснити збільшенням рухливості молекул води в адсорбційній плівці навколо дисперсних частинок кремнезему. Спонтанне поглинання рідин припиняється після заповнення міжчастинкового простору водою (понад 75%мас.). При такому значенні йдеться вже про фактично водну дисперсію кремнезему.

Слід зазначити, що збільшення ширини сигналу ЯМР при середніх значеннях вологості оксидів кремнію й алюмінію характерне для силікатів, іонообмінних смол і інших дисперсних систем. Приймаючи до уваги неоднорідне розширення сигналу ЯМР у дисперсних системах, таке збільшення пояснюється, очевидно, зменшенням магнітної сприйнятливості на межі розділу фаз і форми поверхні цієї межі.

Таким чином, основною причиною розширення сигналів ЯМР з ростом насичення дисперсій водою є зміна форми поверхні розділу фаз, тобто поверхневий шар–повітря. Тому можна припустити, що після заповнення умовного моношару навколо дисперсних частинок утворюється плівка води, в якій молекули рухаються переважно по поверхні цих частинок, тоді як обмін молекулами води поміж сусідніми частинками є незначним. Такий шар іммобілізованої води в основному впливає на взаємодію між частинками у дисперсіях і на процеси міграції рідин у них.

Після завершення формування граничних шарів іммобілізованої води появляється суцільний шар вільної води, в якому рідина легко переміщується через дисперсію. Наявність такого шару, котрий покриває дисперсні частинки всередині мікропор, призводить до утворення поверхні розділу фаз адсорбована рідина–повітря, котра не має сталої форми. Внаслідок цього спостерігаємо збільшення ширини сигналу ЯМР при середніх значеннях вологості дисперсій. Після заповнення макропор лінії поглинання протонів води спектрів ЯМР знову звужуються.

Таким чином, воду у дисперсіях оксидів кремнію й алюмінію можна розділити на три типи: міцно зв'язана вода, молекули якої знаходяться у безпосередньому контакті з поверхнею частинок; іммобілізована вода, котра утворює плівки у декілька умовних шарів (молекули у цих плівках рухаються переважно по поверхні частинок); вільна або капілярна вода, що заповнює мікропори у дисперсній системі.

Аналіз спектрів ЯМР водних дисперсій оксидів при низьких температурах засвідчив, що інтенсивність сигналу ЯМР міцно зв'язаної води практично не змінюється при охолоджені дисперсій оксиду кремнію до –300С і нижче. При цьому спостерігається лише його поступове розширення, котре описується рівнянням Арреніуса з енергією активації 9 кДж/моль. Співставлення інтегральних інтенсивностей сигналів ЯМР протонів води вище 00С і при –300С дало змогу розрахувати, що не вимерзає 2–3 умовних шари води, і ця величина практично не залежить від вмісту води у дисперсії. Отже, вільна вода вимерзає при 00С, іммобілізована – до –500С, а зв'язана вода – нижче –900С.

Експериментальні дослідження капілярного просочування дисперсій кальцієвої та натрієвої форм