LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

дисперсних системах, J, використовували співвідношення нерівноважної термодинаміки: J = –Lзм grad(m) , де Lзм – кінетичний коефіцієнт змочування, а m – хімічний потенціал. Величина цього потоку рівна масі рідини, m, яка поглинається дисперсією через одиницю площі контакту порошку з рідиною, S, протягом одиниці часу при t 60 с, тобто J = m/St. Такий вибір величини потоку зумовлений тим, що у початковий період змочування гравітаційні сили й опір фільтрування рідини у шарі порошку незначною мірою впливають на швидкість капілярного просочування рідини. Різниця хімічних потенціалів рідини на межі розділу фаз рідина–тверда поверхня розраховується згідно: Dm = m0 – mS = RTln(pS/p0) = RTln(ycxc), де m0 і mS – відповідно хімічні потенціали молекул рідини в об'ємі та на твердій поверхні; R і T – газова стала та температура; pS і p0 – відповідно тиски витіснення рідини з дисперсії й атмосферний; yc і xc– коефіцієнт активності та концентрація спирту у розчині. Тоді градієнт хімічного потенціалу рідини, котра змочує тверду поверхню, дорівнює відношенню Dm до товщини периметру змочування. Приймаючи товщину периметру рівною міжмолекулярній відстані d = 3–5 10-10 м, за рівнянням одержуємо:

L = J0d/RTln(ps/p0)=J0d/RTln(ycxc).

На рис. 4 наведено залежності величини потоків водних розчинів спиртів у дисперсіях метилкремнезему від концентрації спиртів. Видно, що для досліджуваних спиртів ці залежності подібні: при низьких концентраціях спирту у воді потік поглиненої рідини дорівнює нулю, а після досягнення відповідної нижньої граничної концентрації, характерної для кожного спирту, величина J0 різко зростає у вузькому діапазоні концентрацій. Далі, при вищих концентраціях

Рис. 4. Залежність потоку рідини при змочуванні метилкремнезему від концентрації водних розчинів спиртів: 1 — метанол; 2 — етанол; 3 — н-пропанол; 4 — н-бутанол.

розчину (що перевищують верхню граничну концентрацію), інтенсивність спонтанного процесу поглинання рідини дисперсіями гідрофобних речовин зростає незначною мірою.

На основі експериментального визначення величини потоку рідини у гідрофобних порошках метилкремнезему та тефлону, J0, і розрахунку різниці хімічного потенціалу спиртів вище нижньої граничної концентрації змочування обчислені величини коефіцієнтів змочування для водних розчинів аліфатичних спиртів. Видно, що коефіцієнт змочування залежить як від природи розчиненого у воді спирту, так і від властивостей твердої поверхні дисперсних частинок (табл. 4).


Таблиця 4

Коефіцієнт змочування порошкоподібних метилкремнезему та тефлону спиртами

Речовина

Lзм 1015, моль с м-3


Метанол

Етанол

Пропанол

Бутанол

Метилкремнезем

Тефлон

9,86

1,24

2,92

18,0

0,69

4,01

0,78

4,80


Для оцінки гідрофобних властивостей порошкоподібних речовин запропоновано величину показника гідрофобності, nгф, який розраховували за рівнянням: nгф = C/Cст, де C і Cст – мінімальні концентрації водного розчину етанолу, при яких розпочинається капілярне просочування розчину відповідно у досліджуваному порошку та у стандартному порошку гідрофобної речовини (тефлон, метилкремнезем).

Одержані експериментальні значення крайових кутів змочування дисперсних матеріалів водними розчинами етанолу наведено у табл. 5.

Видно, що при однаковому значенні показника гідрофобності величини крайових кутів змочування гідрофобних метилкремнезему та тефлону етанолом відрізняються при однаковому показнику гідрофобності, тоді як для дисперсних форм графіту значення крайових кутів змочування відрізняється в аналогічних межах при різних значеннях показника гідрофобності. Це свідчить про те, що за допомогою крайового кута змочування не завжди можна оцінювати гідрофобні властивості поверхні порошків. На основі дослідження фізико-хімічних властивостей дисперсних форм графіту підтверджено, що кількість карбоксильних груп на поверхні графіту є дуже малою. Слабо-кислотний характер поверхні графіту може бути зумовленим адсорбованим на ній СО2 та SO2. Незначне змочування графіту водою пов'язане з наявністю адсорбованих газів на його поверхні, що дає змогу не тонути порошкоподібному графіту у воді й адсорбувати вуглеводневі рідини.


Таблиця 5

Характеристики змочування порошкоподібних речовин етанолом

Речовина

Кут змочування, J

В=cosJ

Показник гідрофобності, nгф

Метилкремнезем

Тефлон

Кремнезем пірогенний

Графіт:

ГСМ-1

ГАК-2

ТРГ(терморозширений)

110

80

0


108

77

92

-0,342

0,173

1


-0,309

0,224

-0,034

1,00

1,00

0,00


0,00

0,23

0,45



Таблиця 6

Час поглинання вуглеводневих рідин із поверхні води та поглинальна здатність, а (г рідини на г адсорбенту)

Адсорбент

Пара-метр

Вуглеводнева рідина



Декан

(h=0,8 мПас)

Нафта

(h=16 мПас)

Мастило

(h=245 мПас)

Мастило

(h=915 мПас)

Терморозширений графіт


Перліт



Базальтове волокно


Метилкремнезем

t, с

a, г/г


t, с

a, г/г


t, с

a, г/г


t, с

a, г/г

3

54


3

4,4


4

7,7


16

4,8

60

56


62

4,4


67

8,0


90

4,6

180

59


193

4,4


600

8,2


260

4,6

1320

57


2120

4,5


2170

7,0


3800

4,7

На основі терморозширеного графіту були розроблені адсорбенти для очистки поверхні водоймищ від забруднень нафтою та нафтопродуктами. Актуальність цієї проблеми зумовлена ще тим, що у теперішній час зростає довжина магістральних трубопроводів, збільшується об'єм перевезень рідких вуглеводнів різноманітними видами транспорту. Запропонований адсорбент має значно більшу поглинальну здатність у порівняні з традиційними (табл. 6).

При нанесенні метилкремнезему на поверхню води, забрудненої нафтою, адсорбент агрегується, внаслідок чого різко зростає час поглинання нафтопродуктів. З метою збільшення поглинальної здатності сорбенту для очистки поверхні води від нафти та нафтопродуктів і скорочення часу поглинання вуглеводнів була запропонована композиція,