LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

котра містить метилкремнезем і терморозширений графіт.

Одержані результати дали змогу визначити роль природи поверхні та зв'язаної води у процесах змочування кремнезему та глинистих мінералів водою, а також витіснення вуглеводневих рідин із гідрофільного пористого середовища та запропонувати коефіцієнт змочування порошків рідинами та показник гідрофобності.


ВПЛИВ ПРИРОДИ ДИСПЕРСНОЇ ФАЗИ ТА ДИСПЕРСІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ПРОЦЕСИ КОАГУЛЯЦІЙНОГО СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА СТАБІЛЬНІСТЬ МІНЕРАЛЬНИХ ДИСПЕРСІЙ

Дослідження впливу природи твердих компонентів і добавок електролітів на процеси структуроутворення у мінеральних дисперсіях дає змогу поглибити наші уявлення стосовно механізму і способів регулювання структурно-механічних властивостей глинистих мінералів.

У четвертій главі розглянуто вплив рН середовища на агрегативну стійкість і структуроутворення у дисперсіях кремнезему, палигорскіту та оксиду алюмінію. Встановлено, що агрегативна стійкість кремнезему та палигорскіту найбільша при рН 7–9, а оксиду алюмінію – при рН 2–4. Запропоновано механізм структуроутворення у силікатних дисперсіях, який полягає у полімеризації розчинної кремнекислоти й утворенні водневих зв'язків між частинками у дисперсії, і зміні властивостей гідратних оболонок навколо частинок.

Показано, що для утворення стійких дисперсій алюмосилікатів необхідно підтримувати рН у межах 7–9. При таких його значеннях дисперсні частинки мають від'ємний електрокінетичний потенціал, і розчинна кремнекислота знаходиться у дисоційованому стані.

Для дослідження зв'язків між частинками у процесах структуроутворення застосовували кінетичні криві залежності модуля зсуву, E, за допомогою котрих визначали ефективну енергію активації структуроутворення та руйнування 20%-них дисперсій аеросилу, оброблених 0,5 н розчином HCl. Встановлено, що енергія активації структуроутворення досягає 67 кДж/моль, що дещо перевищує дані, наведені у літературі, котрі стосуються гелеутворення полікремнієвої кислоти у кислому середовищі при рН, нижчих 2 (40 кДж/моль). Це, а також факт тиксотропності структури гелей аеросилу (на відміну від гелей полікремнієвої кислоти) вказують на певні відмінності процесу структуроутворення даних систем. Величина енергії активації руйнування складає 105 кДж/моль і співпадає з даними, одержаними для гелей казеїну (105–155 кДж/моль). Близькість значень енергії активації вказує на важливу роль водневих зв'язків в утворенні коагуляційної структури дисперсій аеросилу. Одержане значення енергії руйнування структури 20%-них дисперсій аеросилу в 0,5 н розчині HCl (105 кДж/моль) перевищує значення ефективної енергії активації структуроутворення цієї ж дисперсії (67 кДж/моль). Таким чином, тепловий ефект процесу структуроутворення є позитивним, і процес спонтанного структурування внаслідок утворення міжчастинкових зв'язків призводить до зменшення вільної енергії системи.

Агрегативна стійкість водних дисперсій кремнезему при наявності розчинних фосфатів найбільша для кислого фосфату калію. Механізм стабілізації пов'язаний з взаємодією фосфатів із розчинним кремнеземом, який знаходиться у дисперсійному середовищі, й утворенням кремній-фосфатних комплексів. Показано, що наявність фосфатних груп на поверхні кремнезему призводить до зменшення тиксотропних властивостей їх водних дисперсій при тривалому зберіганні.

На відміну від дисперсій кремнезему, дисперсії оксиду алюмінію проявляють більшу стійкість у кислому середовищі. В'язкість дисперсії g-Al2O3 у лужному середовищі значно перевищує в'язкість цієї ж дисперсії у кислому середовищі. У водних дисперсіях g-Al2O3 просторова структура практично не відновлювалася. Отже, вона є практично не тиксотропною у лужному середовищі. Реограма 20%-ної дисперсії пірогенного кремнезему у кислому середовищі різниться від аналогічної дисперсії g-Al2O3. Величини ефективної в'язкості водних дисперсій кремнезему при аналогічних швидкостях значно перевищують величини ефективної в'язкості водних дисперсій оксиду алюмінію. Агрегація частинок у дисперсіях оксиду алюмінію, найбільш ймовірно, пов'язана з процесами полімеризації розчинних сполук алюмінію.

Оскільки структурно-механічні константи характеризують тільки практично незруйновані системи, при їх визначені доцільнішою є екстраполяція модулів зсуву на теоретично-нульове значення напруги зсуву. При цьому замість графічних залежностей e = f(t) використовують E= f(P). У випадку 20%-них водних розчинів дисперсій кремнезему та палигорскіту модуль зсуву, E1, дисперсій залежно від напруги зсуву змінюється незначною мірою. Модуль зсуву повільної еластичної деформації залежить від напруги зсуву і змінюється від 7 до 28 МПа. Екстраполяція величин E1 та E2 на нульове значення навантаження дає змогу одержати значення цих величин для практично незруйнованих структур і не залежить від чутливості приладу, за допомогою якого виконується аналіз.

З метою підтвердження ролі кремнекислоти при одержанні агрегативно стійких дисперсій глинистих мінералів вивчали вплив силікату натрію на колоїдно-хімічні властивості суспензій каолініту. Встановлено, що величина заряду частинок каолініту не є визначальним фактором стабільності дисперсій мінералу. Результати виконаних хімічних аналізів підтверджують, що при контакті силікату натрію з каолінітом у воді відбувається часткове розчинення його поверхневого шару, перехід SiO2, Na+, Ca2+ та інших іонів у міцелярний розчин. При концентрації Na2SiO3 0,75 г/дм3, яка відповідає максимальній стійкості дисперсій каолініту, вміст розчинного кремнезему у центрифугаті відповідає вихідному розчину Na2SiO3, введеного у дисперсію. При нижчих значеннях цієї концентрації відбувається розчинення поверхні мінералу, а при вищих – адсорбція відповідних компонентів силікату натрію на поверхні каолініту.

У стабільній дисперсії каолініту значення рН 8–9 відповідають діапазону мінімальної швидкості полімеризації кремнекислоти. Значна кількість розчинної кремнієвої кислоти у дисперсії знаходиться у моно- та димерній формах; їх концентрація у розчині досягає 200 мг/дм3. При збільшенні концентрації силікату натрію у системі кількість кремнекислоти починає перевищувати оптимальну концентрацію у центрифугаті, внаслідок чого частина кремнієвої кислоти адсорбується на поверхні дисперсних частинок. Адсорбована кремнекислота впливає також на структурно-механічні властивості дисперсій. Утворення полімерних форм кремнієвої кислоти, можливо, є основною причиною зменшення питомої електропровідності дисперсій порівняно з розчином і центрифугатом.

Дослідження агрегативної стійкості та процесів структуроутворення водних дисперсій Na- та Cа-монтморилонітів у присутності силікату натрію, полімерів і розчинних лігносульфонатів підтвердили, що на взаємодію між частинками глинистих мінералів впливають адсорбційні та іонообмінні процеси, а також розчинна кремнекислота в інтерміцелярному розчині. Встановлено, що оптимальні структурно-механічні властивості та стабільність дисперсій монтморилоніту досягаються при рН 8–9, при яких від'ємний заряд частинок глинистого мінералу забезпечується дисоційованою кремнекислотою. Показано, що адсорбція