АЭРОЗОЛИ, ПЕНЫ И ПЕННЫЕ ПЛЕНКИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты

Аэрозоли - микрогетерогенные системы, в которых частицы твердого вещества или капельки жидкости взвешены в газе или дисперсные системы с газовой дисперсионной средой независимо от агрегатного состояния дисперсной фазы.

Классификация аэрозолей:

    1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:
      А) туманы - аэрозоли с жидкой дисперсной фазой; Б) дымы - системы с твердыми частицами, к ним относятся пыли с твердыми, но более крупными частицами.

Дым образуется при сгорании топлива и содержит твердые частицы золы и сажи, жидкие частицы продуктов перегонки топлива и капли воды.

Аэрозоли, в которых наряду с твердой дисперсной фазой присутствует и жидкая, образующаяся в результате конденсации паров на поверхности твердых частиц, называются Смогом. Именно такие аэрозоли чаше всего образуются в атмосфере крупных городов.

    2. По дисперсности: дым (твердые частицы размером 10-7- 10-3 см), пыль (твердые частицы размером больше 10-3 см) и туман (капли размером 10-5-10-3 см 3. По происхождению:
      А) технические аэрозоли - получаемые в результате производственной деятельности человека. Образуются в процессе добычи и переработке руд, угля, измельчения материалов, производства цемента, сжигания топлива Б) естественные - образуются в земной атмосфере в результате протекания природных процессов: все метеорологические, в том числе грозовые явления.

Применение аэрозолей: Аэрозоли играют важную роль в самых разнообразных областях: в сельском хозяйстве (для обработки посевов инсектицидами), в промышленности (для окраски), в медицине (для ингаляции, лечения органов дыхания).

Способы получения аэрозолей: Аэрозоли получают двумя способами - диспергированием (распыление в электрическом поле, разбрызгивание сжатым воздухом, ультразвуком, ультрацентрированием) и конденсацией (из перенасыщенных паров химической реакцией).

Свойства аэрозолей. Особенности аэрозолей. Газовая дисперсионная среда вносит ряд своеобразных черт в свойства аэрозолей - их принципиальная лиофобность и отсутствие эффективных путей стабилизации.

Свойства аэрозолей связаны с особенностями дисперсионной среды - воздуха, его низкой вязкостью и малой электрической проводимостью. Малая вязкость приводит к тому, что частицы быстро оседают, и аэрозольная система разрушается при значительно меньших размерах частиц и их агрегатов, чем лиозоли. В результате концентрация и дисперсность исходно высококонцентрированных аэрозолей быстро падают.

В реальных аэрозолях концентрация дисперсной фазы составляет около 108 - 106 частиц/см3 (в лиозолях: 105 частиц/см3). Размер частиц в большинстве аэрозолей около 10-5 - 10-3 см: более крупные частицы быстро оседают, а мелкие исчезают вследствие коагуляции.

Структура аэрозолей. Частицы аэрозоля могут существовать сами по себе или объединяться в цепочки, которые называются Агломератами или Флоккулами. Они обычно образуются в плотных дымах, также они могут состоять из полых капель, заполненных газом, или полых частиц, содержащих вещество - наполнитель.

Поверхностные свойства. Аэрозольные частицы из-за малых размеров обладают развитой поверхностью, на которой могут протекать адсорбция, горение и другие химические реакции. Большая поверхность обуславливает такие физические свойства, как гигроскопичность или способность взаимодействовать с электрическими зарядами.

Пены - грубодисперсные, высококонцентрированные системы, в которых дисперсной фазой являются пузырьки газа, а дисперсионной средой жидкость в виде пленок. Микрогетерогенность обусловлена тем, что дисперсионная среда представляет тонкие пленки.

Классификация пен. Различают

    - газовые эмульсии - разбавленные дисперсии газа в жидкости (похожи на разбавленные эмульсии); - пены - содержание газовой фазы более 70% по объему.

Применение пен: положительная роль пены, а именно пенообразования - в производстве высокопористых строительных и теплоизоляционных материалов (пенобетон, пеностекло), пластических масс (пенопласты), при обогащении полезных ископаемых (пенная флотация). Отрицательная роль пен - пенообразование в нагревательных котлах паровых машин может нарушить работу теплоэнергетических установок; затрудняет упаривание жидкости.; мешает работе стиральных машин (поэтому стиральные порошки для машин содержат большое количество неионогенных ПАВ, которые являются более слабыми пенообразователями по сравнению с алкилсульфатами, особенно при повышенных температурах).

Показатели пен: Для оценки свойства пен существуют общие и специальные характеристики - кратность (пенность), дисперсность (средний размер пузырьков и средняя толщина жидкостной пленки), устойчивость во времени.

Кратность пены - Пенность (К). Относительное содержание фаз в пене (концентрация пены) характеризуется кратностью пены - отношение объема пены к объему, содержащейся в ней жидкости. Кратность пены можно оценить по плотности пены DП. Кратность пен определяет их структуру. Если К=10 - 20, то частицы газа близки к сферической форме. С кратностью, достигающей нескольких десятков или сотен, пузырьки газа образуют многогранные ячейки, отделенные друг от друга тонкими пленками жидкости.

Получение пен. Пены получают методом диспергирования. Диспергирование газа может осуществляться пропускание воздуха через слой жидкости (барботажные пены) или с помощью мешалок в объеме жидкости.

Пены получают, используя растворы, содержащие какое-либо ПАВ - пенообразователи. Иногда вводят добавки стабилизаторов пены, которые также являются ПАВ и усиливают действие пенообразователя. Пенообразователи с длинной молекулярной цепью адсорбируются на границе раздела вода-воздух, образуют высоковязкую структурную пленку, которая препятствует стеканию жидкости. При этом толщина слоя жидкости между пузырьками газа уменьшается медленно, и пена существует длительное время.

Виды пенообразователей:

1. Низкомолекулярные пенообразователи (спирты, карбоновые кислоты, фенолы, амины). Для них было установлено, что максимальная пенообразующая способность соответствует определенной концентрации, при превышении которой наблюдается прекращение роста пенообразующей способности - точка критической концентрации мицелооброзования (ККМ). Чем больше масса углеводородного заместителя, тем меньше концентрация ПАВ соответствующая максимальной пенообразующей способности.

Например, ККМ этилового спирта равна 280-10-3 моль/л, время существования пены 5 сек.

2. Высокомолекулярные пенообразователи (мыла, белки, водорастворимые ВМС). Пенообразующая способность повышается с повышением концентрации.

Свойства пен. Свойства пен зависят от свойств пленок, которые являются двусторонними. Их свойства зависят от адсорбированных слоев, между которыми заключена межпленочная жидкость.

Способы разрушения пен. В ряде случаев пенообразование является нежелательным явлением. Существует несколько способов разрушения пен: добавление пеногасителя; механический метод (используют мешалки, циклоны, диски (1000 об/мин), разрыв пленок или их прокалывание); термический метод ("пережигание пленки": используют высокие температуры, жидкость пленки испаряется, действуют острым газом); акустический метод (используется ультразвук с частотой от 1 до 1000 кГц).

Похожие статьи




АЭРОЗОЛИ, ПЕНЫ И ПЕННЫЕ ПЛЕНКИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты

Предыдущая | Следующая