ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрофильтрование из "Курс коллоидной химии" Влияние электрического поля на процессы, существенные для фильтрования, многообразно. Электрическое поле вызывает электрокоагуляцию в объеме дисперсии (см. раздел XIII. 8), влияет на транспортировку частиц и агрегатов к поверхности, обеспечивает формирование осадка на поверхности гранул и определенную его прочность. [c.344] Важное преимущество фильтрования в электрическом поле — его эффективность в отсутствие предварительного агрегирования и при малых временах фильтрования дисперсии, недостаточных для агрегирования в объеме. Подобная возможность электрофильтрования сколь угодно разбавленных дисперсий обусловлена возникновением механизмов, интенсифицирующих транспорт и прилипание единичных частиц при включении электрического поля. [c.344] Электрофорез, электроосмос и диполофорез (см. разделы ХП. 3 и ХП.7) могут интенсифицировать транспортировку частиц в зону формирования осадка. Какой из этих эффектов превалирует, зависит от свойств гранул. В проводящей среде составляющая постоянного поля Хп, нормальная к поверхности непроводящего тела, обращается в нуль. Распределение линий напряженности поля при различных соотношениях проводимости сферических гранул к и среды Кт и пространственное распределение поля в окрестности гранул фильтрующего слоя схематически изображено на рис. XVIII. 3. [c.344] Для электрофоретического осаждения частиц необходимо, чтобы линия напряженности электрического поля пересекала поверхность гранулы, т. е. к должно быть отлично от нуля. Так Kai-с ростом к /кт соотношение между нормальной и тенгенциально1 составляющей поля изменяется в пользу первой, можно интенсифицировать электрофоретическое осаждение, увеличивая это оТ ношение. [c.344] Помимо электрофореза осаждению может способствовать v электроосмос. Электроосмотическому потоку жидкости, пронизы вающему пористую гранулу, сопутствует гидродинамическое тече ние за ее пределами, обеспечивающее поступление жидкости i гранулу через одну половину ее поверхности и вытекание ее и гранулы в другую. [c.344] ТОЛЬКО на ее поверхности. В противоположном случае частицы могут транспортироваться внутрь гранулы, так что возможно преимущественное формирование осадка либо внутри гранулы, либо на ее поверхности, либо даже увлечение частиц электроосмотическим течением через гранулу. [c.345] Если фильтрующий слой состоит из непроводящих, непористых гранул или пористых, незаряженных гранул, электрофоретическое и электроосмотическое осаждение отсутствуют, но формирование осадка возможно за счет диполофореза (см, раздел XII. 8). В пространственно неоднородном электрическом поле частица перемещается в область больших полей, если ее индуцированный дипольный момент ориентирован по полю, а при противоположной ориентации — в область слабых полей. [c.345] Более интенсивно процесс транспортировки и электрокоагуляции протекает При ориентации индуцированного дипольного момента по полю, так как в противоположном случае процессы, способствующие фильтрованию, при попадании частиц в область слабого поля ослабляются. [c.345] В случае неагрегированных дисперсий диполофорез может оказаться фактором, определяющим осаждение частиц внутри пористых гранул, так как степень неоднородности электрического поля внутри пор выше, чем снаружи. [c.345] Опыты показали, что использование непроводящих гранул в электрофильтровании облегчает регенерацию фильтра и периодическое удаление осадка. Однако по большинству показателей преимущества на стороне электрофильтров, использующих электропроводящие гранулы ионита или ионитовые мембраны. [c.345] Рассмотрим два принципиально различных механизма электрофильтрования посредством перевода загрязнений в твердообразный осадок и посредством электрофоретического концентрирования загрязнений. [c.345] В отсутствие внешнего электрического поля благоприятные условия имеются лишь для формирования первого слоя осадка обычно отрицательно заряженных частиц на положительно заряженной поверхности анионита. Силы электростатического отталкивания, возникающие при перекрытии диффузных частей ДЭС частиц (см. раздел XIII. 9), взвешенных в потоке и уже осевших, предотвращают формирование второго и последующих слоев осадка. [c.345] Эта основная трудность фильтрования устойчивых дисперсий преодолевается при включении электрического поля, под влиянием которого каждая частица приобретает индуцированный дипольный момент, так что возникают силы диполь-дипольного притяжения между частицами (см. раздел XIII. 9). В возникающем многослойном осадке силы сцепления между частицами слоев обеспечены этим диполь-дипольным взаимодействием. [c.345] При неслишком высоких полях электрокоагуляция носит обратимый характер (см. раздел XIII.9), так что при выключении тока и, соответственно, исчезновении индуцированных дипольных моментов силы сцепления между частицами в осадке исчезают. Поэтому в отсутствие поля осадок разрушается под влиянием вязких напряжений потока жидкости, и частицы осадка увлекаются им. [c.346] В отличие от коагуляции, стимулируемой введением флокулянтов, при электрокоагуляции исключительно важную роль играет размер частиц (см. раздел XIII. 9). Даже в слабых полях глубина дальнего минимума на потенциальной кривой для достаточно крупных частиц может составить несколько kT (так как, например, для сферических частиц дипольный момент возрастает пропорционально третьей степени радиуса). Если, кроме того, учесть, что электрокоагуляция не сопряжена с преодолением барьера, можно заключить, что она практически всегда реализуема для достаточно крупных частиц. Поэтому воздействие электрическим полем может быть более эффективным, чем введение флокулянтов, в особенности для дисперсий, защищенных адсорбционными слоями ПАВ или полимеров. Если адсорбция полиэлектролита на поверхности частиц резко повышает устойчивость дисперсий в отношении электролитной коагуляции, то в отношении электрокоагуляции можно ожидать прямо противоположного эффекта, так как при этом возрастает Ks, дипольные моменты и следовательно, энергия поляризационного взаимодействия частиц. [c.346] Проблематичным, однако, является проведение электрокоагуляции очень мелких частиц или макрбионов ввиду быстрого убывания индуцированных дипольных моментов с их размерами с уменьшением размера частиц возможность электрофильтрования высокодисперсных систем обеспечивается электрофоретическим концентрированием. [c.346] Существенно, что скорость электрофореза мало йзмейяется с размером частиц, так как его влияние на -потенциал выражено слабо. Поэтому при достаточных значениях -потенциала и внешнего поля вполне возможно концентрирование высокодисперсных частиц, что совершенно исключается при использовании седиментации. [c.347] Применение электрофоретического концентрирования к растворам красителей показало возможность достижения высоких концентраций, при которых образуется осадок, что и приводит к отделению этого типа загрязнений от воды. Однако при этом возникают неудобства при регенерации ионообменных мембран. Более технологичны такие режимы, при которых степень концентрирования значительна, но осадок остается текучим. В этом режиме в принципе возможно создание установок непрерывного действия, не нуждающихся в регенерации. Текучий осадок и вовлекающий его в движение поток жидкости могут быть разделены на основе приемов, оправдавших себя при очистке воды на основе седиментации в тонком слое (см. раздел XVlH. 4). [c.347] Если В качестве коллектора используют, например, зерна ионита или ионитовые мембраны, необходимо согласовать знак фиксированных зарядов ионита и знак заряда частиц суспензии. Например, если используют катионит, а частицы суспензии также заряжены отрицательно, направления электроосмоса и электрофореза окажутся противоположными при совпадающих знаках -потенциала. Преодоление этой трудности состоит в обеспечении противоположного знака зарядов частиц и зерен ионита. [c.347] Электрофильтрование представляет большие возможности для очистки воды от наиболее устойчивых загрязнений, характеризующихся высокой дисперсностью и протяженным барьером сил отталкивания, крайне затрудняющих применение реагентны.х методов очистки. Кроме того, как безреагентный метод, электрофильтрование предоставляет ценные возможности для получения воды с минимальным количеством примесей, в том числе ионных. Многие современные технологии основываются на использовании сверхчистых материалов, получение которых сопряжено с наличием только особо чистой воды. Здесь и оказывается очень полезным электрофильтрование. [c.347] Вернуться к основной статье