Прибор для изучения кинетики коагуляции пигментных суспензий

Характер процессов коагуляции и диспергирования при совмещении пигментов с различными средами по-прежнему представляет большой интерес, несмотря на значительные исследования в этой области. Одним из традиционных методов оценки указанных процессов является турбидиметрический метод, который допускает достаточно простую интерпретацию экспериментальных данных. Недостаток его состоит в том, что, как правило, исследуемый коллоидный раствор приходится перемешивать во избежание оседания частиц в ходе процесса, а это не всегда целесообразно.

Ниже описан прибор для турбидиметрического изучения кинетики коагуляции пигментных суспензий, позволяющий предотвратить оседание коагулирующих частиц, без существенного перемешивания".

Прибор состоит из фотометрической и регистрирующей частей. В качестве фотометрической использован однолучевой спектрофотометр экстинкциометр системы Юрани-Ковач (ВНР) с интерференционным светофильтром, работающим в диапазоне длин волн 400—750 нм. В качестве регистрирующей части — самопишущий электронный потенциометр ЭПП-09. В кюветном отделении смонтирована рамка (рис. 1), приводящаяся во вращение двигателем ДСД2-П1 со скоростью 2 об/мин.

Рис. 1. Вращающаяся рамка для кюветы

Между пружинными зажимами рамки, перпендикулярно пучку падающего света, помещают герметично закрытую стеклянную или кварцевую кювету с исследуемой суспензией. Медленное вращение всей системы предотвращает седиментацию коагулирующих частиц (без дополнительного перемешивания). В случае необходимости в кювету могут быть введены стеклянные шарики различного размера и количества. При медленном вращении кюветы они скользят вдоль ее стенок, не попадая в пучок света, но создавая потоки, способствующие перемешиванию всего раствора.

Методика эксперимента, применительно к суспензии двуокиси титана, заключается в следующем. Для стандартизации условий готовят «исходную» суспензию, предварительно отмытую от мелких частиц (о влиянии последних на ход процесса коагуляции будет сказано ниже). Отмывка производится трехкратным центрифугированием из расчета оседания частиц размером 0,2 мкм. Суспензия хранится в стеклянной колбе (рис. 2), снабженной отростком. За сутки перед началом опыта колбу встряхивают и отросток заполняется до метки суспензией. Через сутки (после оседания грубых неустойчивых частиц) всегда с одной и той же высоты отбирается небольшой объем суспензии, содержащей частицы анатаза примерно одного размера. Полученную монодисперсную суспензию разбавляли дистиллированной водой до нужной концентрации и вводили коагулирующую добавку. После этого смесь помещали в кювету прибора, с помощью которого регистрируется изменение оптической плотности системы во времени.

Рис. 2. Сосуд для хранения и отбора суспензии

На рис. 3 показано влияние перемешивания на скорость коагуляции водных суспензий двуокиси титана (концентрация 5,43х10^-2 г/л, размер частиц 0,06 мкм, что соответствует оптической плотности 0,500) при толщине кюветы 5 мм. Концентрация хлористого алюминия 4,67х10^-2 моль/л. Длина волны света 550 нм. Перемешивание осуществлялось с помощью стеклянных шариков, помещенных во вращающуюся кювету. Видно, что с увеличением интенсивности перемешивания значительно возрастает скорость коагуляции частиц. Интересно, что по данным Смолуховского, Туорила, Мюллера, влияние перемешивания существенно лишь при коагуляции частиц размером >1 мкм.

Рис. 3. Кинетические кривые коагуляции суспензии двуокиси титана без перемешивания (1), при перемешивании одним стеклянным шариком диаметром 0,8 мм (2) и двумя стеклянными шариками диаметром 2 мм (3)

Непрерывная регистрация изменения оптической плотности во времени позволяет обнаружить влияние степени однородности суспензии на скорость коагуляции. На рис. 4 представлены кинетические кривые коагуляции двух образцов анатазной двуокиси титана. Коагуляция второго образца сопровождается (в отличие от первого) некоторым начальным повышением оптической плотности, которое объясняется коагуляцией релеевских частиц.

Рис. 4. Кинетические кривые коагуляции суспензии двуокиси титана монодисперсной (1) и полидисперсной (2)

Авторы: Ю, Я. Бобыренко, Л. А. Борзнекова