Ситовой анализ
Ситовой анализ – это определение с помощью сит[*] фракционного (гранулометрического) состава сыпучих материалов с размерами частиц дисперсной фазы 0,05- 10 мм. Ситовой анализ, по сути, можно считать разновидностью методов фильтрования.
Теоретические основы метода
Под фракциями в ситовом анализе понимается та часть просеянного материала, размер частиц в которой отвечает выбранному интервалу размеров отверстий сит. Например, если фракция получена просеиванием на ситах с размером отверстий 1 и 2 мм, то ей отвечают размеры частиц между 1 и 2 мм. Результаты ситового анализа представляют в виде кривых распределения (см. например, рис. 12.7).
Аппаратура и техника исполнения
Ситовой анализ заключается в просеивании пробы через набор стандартных обычно металлических сит, отличающихся размерами отверстий. Сита с большими отверстиями размещаются сверху. Благодаря этому на сите задерживаются частицы только тех размеров, которые превышают размер отверстий. Это позволяет сортировать частицы по фракциям.
В зависимости от технологических нужд и точности анализа выполняют сухой и мокрый анализ. При сухом способе проба образца перед просеиванием просушивается при 105 - 110 0С. При мокром анализе мельчайшие частицы отмывают слабой струей воды до тех пор, пока слив не станет прозрачным. Пробу на сите высушивают и взвешивают. Мокрый способ является наиболее точным.
Мембранные процессы
Мембранные процессы состоят в избирательном транспорте вещества через проницаемые разделительные перегородки (мембраны).
В качестве разделительных перегородок используют проницаемые мембраны. Понятие “проницаемая мембрана” означает некоторую объемную матрицу, разделяющую две фазы и оказывающую в общем случае различное сопротивление проникновению частиц различной природы. Вещество может проходить через мембрану в ионной или молекулярной форме благодаря наличию в мембране фиксированных (в случае твердых мембран) или подвижных (в случае жидких мембран) ионообменных участков.
Мембраны действуют избирательно по отношению к ионам или молекулам разной природы. Например, пропуская растворенное вещество, они задерживают растворитель. Поэтому мембраны селективно пропускают отдельные компоненты газовых или жидких смесей. Вещество, прошедшее через мембрану называется пермеатом, задержанное - концентратом.
Характеристики наиболее распространенных в природе и технике мембранных процессов и явлений представлены в табл. 12.3.
Таблица 12.3.
Классификация и отличительные признаки мембранных явлений
Процесс | Осмос | диализ | ультрафильтрация | |
Прямой | обратный | |||
Схема |
|
|
|
|
1— полупроницаемая перегородка; 2— дисперсионная среда (растворитель); 3 - коллоидный раствор; 4 — поток растворителя; 5 — поток примесей | ||||
Перегородка | Осмотическая мембрана | Мембрана | Диафрагма | |
Что переходит | Растворитель | Ионы, небольшие молекулы примесей, растворитель | ||
Причина явления | Разность химических потенциалов по обе стороны мембраны | Избыточное давление | Химическое взаимодействие мембраны и ионов | Избыточное давление над фильтруемым раствором |
Различают мембраны монолитные (нет пор[†]), пористые, а также смешанные (на пористую основу наносят один или несколько селективных слоев монолитных мембран). Кроме того, мембраны могут быть жидкими и твердыми. К жидким мембранам относят жидкие полупроницаемые пленки или слои, которые обеспечивающие селективный перенос веществ в процессе массообмена между жидкими и (или) газообразными фазами. Жидкие мембраны могут быть свободные, импрегнированные[‡] и эмульсионные. Толщина слоев свободных жидких мембран составляет около 1 мм, импрегнированных 10 -50 мкм, эмульсионных 0,1 - 1 мкм.
Мембраны выполняют в виде пленок, пластин, трубок или полых нитей из стекла, металла, полимера. Наиболее распространены гомогенные и гетерогенные полимерные ионообменные мембраны, изготовленные из высокополимерных органических веществ, обладающих ионообменными свойствами (ионитов). Частицы ионитов содержат углеводородный радикал (R) и ионогенные группы (SO3H, СООН, NH2). В зависимости от природы ионогенных групп иониты способны к обменным реакциям либо с катионами, либо с анионами. Соответственно этому их подразделяют на катиониты (R-H) и аниониты (R-OH).
Гомогенные мембраны представляют собой непрерывную ионообменную матрицу (ионит), изготовленную из тех же материалов, что и ионообменные смолы. Гетерогенные мембраны состоят из частичек ионита, соединенных инертным полимерным связующим веществом (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т. п.). Чтобы повысить механическую прочность мембраны армируют сеткой из материала, стойкого в агрессивных средах (лавсан, капрон и др.). В таких мембранах ток переносится соответственно катионами и анионами, а мембраны называют катионообменными или анионообменными.
Лучшие условия для работы полимерных мембранных перегородок создаются при рН =7 и комнатной температуре.
Диализ
Избирательная диффузия низкомолекулярных веществ (ионов, реже небольших молекул) через мембрану.
Диализ обычно применяют для очистки дисперсных систем от ионизированных примесей низкомолекулярных веществ.
Теоретические основы метода
Процесс основан на неодинаковых скоростях диффузии через мембрану растворенных веществ, которые отличаются по массе. Эффективность диализа можно оценить на основе уравнения закона Фика (3.2) преобразованного к виду:
(12.1)
где s – площадь мембраны; co и ci – концентрации растворенного вещества по обе стороны мембраны; τ – время диализа; n – количество вещества, прошедшего через мембрану. k* характеризует конкретный раствор и мембрану.
Из соотношения 12.1 следует, что скорость транспорта вещества через мембрану при диализе пропорциональна времени, площади мембраны и градиенту концентраций на мембране.
Следует отметить, что диализ протекает до установления равновесия по обе стороны мембраны. Это существенно ограничивает его эффективность и возможности практического использования. Поэтому на практике используют или длительный диализ, который заключается в непрерывном обновлении растворителя, или электродиализ, описанный ниже.
Электромиграция (общая характеристика методов)
Электромиграция объединяет способы разделения и исследования веществ под действием электрического поля. Классификация и краткая характеристика основных методов электромиграции, применяемых в химии дисперсных систем, представлена в табл. 12. 4.
Таблица 12.4
Классификация и отличительные признаки методов электромиграции
Метод электромиграции | Принцип метода | Назначение |
Ионофорез | Миграция ионов НМС к электродам в электрическом поле | Разделение ионов НМС |
Электрофорез | Миграция частиц дисперсной фазы к электродам в электрическом поле | Отделение частиц дисперсной фазы |
Электродекантация | Концентрирование частиц заданного размера с помощью диафрагмы, установленной на пути движения этих частиц при электрофорезе. | Фракционирование частиц дисперсной фазы |
Электродиализ | Транспорт ионов НМС через мембрану под действием электрического поля | Очистка дисперсных систем от ионов НМС |
Электроультрафильтрация | Сочетание электродиализа и фильтрования под высоким давлением | Очистка и концентрирование частиц дисперсной фазы |
Из таблицы видно, что базовые методы электромиграции - электрофорез и электродиализ. Остальные методы являются лишь их аппаратурными модификациями. Поэтому далее будут рассмотрены только электрофорез и электродиализ.
Электрофорез
Движение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием внешнего электрического поля называется электрофорезом.
Электрофорез[§] широко используют для исследования как лиофобных золей, так и растворов ВМС, к числу которых относится многие пищевые продукты. Особенно эффективным он оказывается для изучения белков и, в частности, определения изменений в аминокислотном составе продуктов питания.
Теоретические основы
Большинство природных полимеров, образующих продукты питания содержат заряженные группы. Вследствие этого в электрическом поле они двигаются к электродам (электрофорез) Одновременно в противоположном направлении движутся противоионы диффузного слоя. Они увлекают за собой дисперсионную среду, что в свою очередь вызывает торможение движению частиц. Скорость движения частиц при электрофорезе можно оценить по формулам (6.11 а) и (6.11 в).
Аппаратура и техника исполнения
Существуют 2 разновидности электрофореза - свободный и зональный.
Свободный электрофорез выполняется в жидкой среде, в которую вводят электроды. Скорость движения частиц в электрическом поле определяют оптическими методами, наблюдая за перемещением границы между мутным раствором и прозрачной буферной средой.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)