Механизм процесса коагуляции

Устойчивость коллоидных систем зависит от соотношения электростатических сил отталкивания и межмолекулярных сил притяжения.

Силы притяжения преобладают на очень малых расстояниях и больших. На средних расстояниях преобладают электростатические силы отталкивания. Этому способствует высокий потенциал поверхности и малая концентрация окружающего раствора.

Соединению коллоидных частиц препятствует наличие потенциального барьера.

Чем больше заряд поверхности и толщина диффузного слоя, тем выше потенциальный барьер, который нужно преодолеть частицам для их взаимодействия.

Уменьшение высоты барьера наблюдается:

- при снижении величины заряда частицы вследствие сорбции ионов из раствора (нейтрализационная коагуляция);

- при сжатии диффузного слоя (концентрационная коагуляция).

Это ведёт к преобладанию сил притяжения между частицами и к коагуляции.

При введении электролита изменяется толщина диффузионного слоя и плёнки жидкости, разделяющей частицы. После достижения порога коагуляции величина потенциального барьера снижается, силы притяжения преобладают начинается процесс коагуляции. В начале размер образующихся агрегатов невелик и видимых изменений не происходит. Это период скрытой коагуляции.

Затем в результате дальнейшего укрупнения частиц образуются хлопья.

При введении в разрушающийся коллоид ВМС, имеющих полярные группы, происходит их соединение с агрегатами коллоида, которое сопровождается образованием рыхлых хлопьев. Этот процесс называется флокуляцией, а применяемое ВМС – флокулянтом.

Заканчивается процесс коагуляции седиментацией – осаждением частиц под действием силы тяжести.

Коагуляция коллоида может произойти при введении в него другого золя, имеющего противоположный заряд. Это взаимная коагуляция.

Коагуляция может быть обратимой и необратимой.

Обратимая (золь <=>гель), необратимая (золь → гель).

Переход геля в золь называется пептизацией и дезагрегацией. Она осуществляется при введении электролитов – пептизаторов. Так например гидроксид железа III пептизируется FeCl₃.

Действие электролита – пептизатора заключается в том, что один из его ионов адсорбируется на поверхности частиц осадка и сообщает им заряд, что ведёт к увеличению электрокинетического потенциала и расширению гидратной оболочки.

Растворы ВМС и некоторые органические вещества образуют на поверхности коллоидных частиц прочные адсорбционнно-сольватные слои, которые способствуют повышению устойчивости коллоидов, то есть проявляют защитное действие. Это защитные коллоиды. При очистке воды содержащиеся в ней органические коллоиды замедляют процессы коагуляции, повышая устойчивость образующихся коллоидов гидроксидов алюминия и железа.

Определение оптимальной дозы коагулянта:

для мутных вод Д=3,5√M;

для цветных вод Д=4√Ц;

Д-доза коагулянта (мг/л).