QUÁ TRÌNH KEO TỤ, TRUYỀN CHẤT, KHUYẾCH TÁN, HẤP PHỤ, HẤP THỤ

Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tậphợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọnglực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng nàyxảy ra khi thế ζ được triệt tiêu.Nguyên tắc chung: Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn(bụi trong không khí, bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng cocụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượnggiọt nước, giọt thủy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
QUÁ TRÌNH KEO TỤ, TRUYỀN CHẤT, KHUYẾCH TÁN, HẤP PHỤ, HẤP THỤMỤC LỤC I. QUÁ TRÌNH KEO TỤ 1. Cơ sở khoa học 1.1. Khái niệm và cơ chế Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành nh ững tậphợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọnglực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ. Hiện tượng nàyxảy ra khi thế ζ được triệt tiêu. Nguyên tắc chung: Đối với hệ phân tán có diện tích bề mặt riêng lớn(bụi trong không khí, bùn, phù sa trong nước...) các hạt luôn có xu hướng cocụm lại tạo hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt (tương tự hiện tượnggiọt nước, giọt thủy ngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt). V ềnguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng l ớn, h ạt keo có xu th ếhút nhau nhờ các lực bề mặt. Mặt khác do các h ạt keo cùng lo ại luôn tíchđiện cùng dấu (đặc trưng bởi thế ζ) nên các hạt keo luôn đẩy nhau bởi lựcđẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu h ướng này làmhạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờ trọng l ựcnhư những hạt không tích điện. Như vậy thế ζ càng lớn (hạt keo càng tíchđiện) thì hệ keo càng bền (khó kết tủa). Trong trường hợp lý tưởng: n ếu th ếζ = 0 thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ đi ện ph ẳng, h ạt s ẽ không khác gì cáchạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt l ớn h ơn có th ể l ắngđược. Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ l ắng làdùng các tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các h ạt lớn hơn đủ l ớn,nặng để lắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thựchiện nhờ những phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốtvới các hạt keo hoặc các hạt cặn nhỏ. Khác với keo t ụ có tính thu ận ngh ịch,các chất có khả năng tạo bông được gọi là các ch ất tạo bông hay trợ keo t ụ,quá trình tạo bông là bất thuận nghịch. Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông gồm: 1. Quá trình nến lớp điện tích kép, giảm thế ζ nhờ ion trái dấu: Phá tínhbền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu h ẹp l ớp đi ện kép t ớimức thế zeta = 0, khi đó lực đẩy tĩnh điện h ạt – h ạt b ằng không, t ạo đi ềukiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễ kếttủa. Cách này có thể thực hiện khi cho h ạt keo hấp ph ụ đủ đi ện tích trái d ấuđể trung hoà điện tích hạt keo. Điện tích trái dấu này thường là các ion kimloại đa hoá trị. 2. Quá trình hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa đi ện tích t ạo rađiểm đẳng điện zeta = 0: Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với cácbông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ bám dính (hiệuứng quét). 3. Quá trình keo hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng: Dùng nhữngchất cao phân tử – trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạohạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng. 4. Hấp phụ tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóanhờ cấu trúc mạch dài chúng tạ ra các cầu nối giữa các hạt keo. Ta quan tâm chủ yếu đến sự keo tụ bằng chất điện ly, vì điều đó có ýnghĩa lý thuyết và thực tế quan trọng: a. Keo tụ keo ghét lưu bằng chất điện ly. Nguyên tắc Khi tăng nồng độ hoặc hoá trị của ion trong dung d ịch, s ẽ làm gi ảmbề dày lớp điện kép, làm giảm điện thế ζ của hạt. Khi thế điện động giảmđến cực tiểu hoặc khi ζ →0 thì lực đẩy của hạt giảm đến cực tiểu, lực húttrội trơn sự keo tụ sẽ xẩy ra. Các hạt sẽ sa l ắng độc thân, nh ưng th ường k ếtdính, tập hợp lại và sa lắng. Các quy tắc keo tụ bằng chất điện ly. - Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với ion keo. - Ngưỡng keo tụ tỷ lệ nghịch với hoá trị của ion gây keo tụ. Ngưỡng keo tụ (Cn) của chất điện ly đối với sự keo tụ là nồng độ tốithiểu của chất điện ly cần có trong hệ keo để hiện tượng keo t ụ b ắt đ ầuxuất hiện: C= C: nồng độ (mol/l, mmol/l) dung dịch điện ly Vk và Vđ: các thể tích hệ keo và thể tích dung dịch điện ly Đối với ion gây keo tụ cùng hoá trị, ion nào hydrat hoá càng mạnh(bán kính hydrat càng lớn) cường độ điện trường của nó càng nhỏ, tác dụnggây keo tụ của nó càng kém. Đối với các ion kim loại ki ềm, tác dụng gây keotụ của chúng tăng dần như sau: Li+, Na+, K+, Cs+ do bán kính hydrat của iongiảm dần theo dẫy đó. b. Sự keo tụ keo ghét lưu bằng hỗn hợp chất điện ly. Về nguyên tắc chung, thì sự keo tụ ở đây cũng theo các quy t ắc trên,nhưng hiện tượng xẩy ra phức tạp hơn. Ngoài tác dụng tương hỗ giữa hatkeo và ion gây keo tụ còn có tương tác giữa các chất điện ly với nhau. Đối với một hệ keo xác định, mỗi chất điện ly gây keo t ụ có m ộtngưỡng keo tụ riêng biệt. Nếu dùng hỗn hợp của các chất điện ly gây keo t ụthì có 3 trường hợp khác nhau về ngưỡng keo tụ tổng hợp như sau: Tác dụng cộng tính của các ion gây keo tụ. Ngưỡng keo tụ tổng hợp Cn bằng tổng các ngưỡng keo tụ Ci của mỗichất điện ly với tỷ lệ đã sử dụng trong tổ hợp: Cn ...