Методы очистки коллоидных растворов

Полученные тем или иным способом коллоидные растворы обычно очищают от низкомолекулярных примесей (молекул и ионов). Удаление этих примесей осуществляется методами диализа, электродиализа, ультрафильтрации.

 

ДИАЛИЗ

 

Диализ был разработан еще Грэмом в 1861 г. Коллоидный раствор, подлежащий очистке, наливают в сосуд, который отделен полупроницаемой мембраной от другого сосуда с чистой дисперсионной средой. В качестве полупроницаемой (т. е. проницаемой для молекул и ионов, но непроницаемой для частиц дисперсной фазы) мембраны применяют пергамент, целлофан, коллодий, керамические фильтры и другие тонкопористые материалы. В результате диффузии низкомолекулярные примеси переходят во внешний раствор.

В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, обеспечивающих более быстрый процесс очистки. Интенсификация диализа достигается:

• увеличением поверхности мембран;

• уменьшением слоя очищаемой жидкости;

• частотой или непрерывной сменой внешней жидкости;

• повышением температуры (ускорение диффузии).

 

 

ЭЛЕКТРО ДИАЛИЗ

 

Электродиализ обусловлен миграцией ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов порядка 40 В/см. Предложено много конструкций электродиализаторов. Схема относительно простого электродиализатора, применявшегося Паули, приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема ‘лектродиализатора.

 

Диализатор состоит из трех стеклянных камер, разделенных полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, на которые от внешнего источника постоянного тока подается разность потенциалов. В боковых камерах находится дистиллированная вода, которая непрерывно сменяется. Очищаемый золь, находящийся в средней камере, перемешивается мешалкой.

 

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ

 

Улътрафильтрацией называется диализ, проводимый под давлением во внутренней камере. По существу, ультрафильтрация является не методом очистки золей, а лишь методом их концентрирования.

Интересным примером сочетания диализатора и ультрафильтрации является аппарат «искусственная почка», предназначенный для временной замены функции почек при острой почечной недостаточности. Аппарат оперативным путем подключается к системе кровообращения больного. Кровь под давлением, создаваемым пульсирующим насосом («искусственное сердце») протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором. Благодаря большой рабочей площади мембран (~15 000 см²) из крови сравнительно быстро (3 – 4 часа) удаляются «шлаки» – продукты обмена и распада тканей (мочевина, креатин, ионы калия и т. д.).

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной пористостью, можно в известной мере разделить по размерам коллоидные частицы и одновременно приближенно определить их размеры. Этим способом были определены размеры частиц ряда вирусов и бактериофагов.

 

ОБРАТНЫЙ ОСМОС

 

При фильтрации растворов под давлением через мембраны с еще более тонкими порами, например, ацетатцеллюлозные (r 10^-7 см) происходит задержка не только дисперсных частиц, но и молекул и ионов в растворах тектролитов. Этот процесс, называемый гиперфильтрацией или обратным осмосом, широко применяется в настоящее время для очистки природных и технических вод. Принцип обратного осмоса представлен на рис. 6.2.

Рис.6.2. Обратный осмос.

 

В цилиндре 1 под поршнем 2 находится очищаемый раствор, который с помощью полупроницаемой мембраны 3 отделен от чистой воды 4. При отсутствии внешнего давления происходил бы обычный осмос – чистая вода проникала бы через мембрану в неочищенный раствор. Если внешнее давление на поршень больше осмотического, происходит обратный осмос – переход воды из очищаемого раствора в чистую воду. Растворенные примеси концентрируются в пространстве S.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Коллоидные системы по размерам частиц дисперсной фазы занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами, поэтому их можно получать двумя прямо противоположными путями:

• дроблением крупных частиц до желаемой дисперсности;

• соединением молекул, атомов, ионов в агрегаты коллоидных размеров.

Диспергирование широко применяется в различных технологических процессах и постоянно происходит в природе; оно производится с применением специального оборудования и требует больших затрат энергии.

Методы конденсации не требуют специальных машин и дают возможность получать дисперсные системы более высокой дисперсности.

При любом способе получения коллоидные растворы оказываются загрязненными примесями истинно растворенных веществ (примеси в исходных материалах, избыток стабилизаторов, продукты химической конденсации). Примеси электролитов сильно понижают устойчивость золей. Поэтому после получения их очищают. Очистка производится методами диализа, электродиализа, ультрафильтрации. Указанные методы основаны на применении полупроницаемых мембран, легко пропускающих молекулы и ионы и задерживающих коллоидные частицы.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие дисперсные системы называются коллоидными растворами?

2. Как можно классифицировать методы получения коллоидных растворов?

3. В чем состоит сущность методов диспергирования? Какое оборудование используют для этого? В чем заключаются недостатки диспергационных методов?

4. Охарактеризовать способы получения коллоидных растворов путем конденсации.

5. Какие условия должны соблюдаться для осуществления химической конденсации?

6. Какие методы очистки дисперсных систем вы знаете?

7. В чем состоят особенности процессов диализа, электродиализа, ультрафильтрации?

Закончив изучение главы 6, вы должны знать:

1. сущность методов получения коллоидных растворов;

2. основные методы очистки золей.

Ознакомившись с методами получения и очистки лиофобных золей, переходим к рассмотрению их свойств.

 

ГЛАВА 7