Исследование зон коагуляции с помощью фотоэлектоколориметра

Содержание 

 

Аннотация………………………………………………………………….2

Нормативные ссылки……………………………………………………...3

Определения……………………………………………………………….4

Обозначения и сокращения……………………………………………….5

Введение …………………………………………………………………..6

1. Аналитический обзор  научно-исследовательской работы по теме…8

1.1 Исследование процесса набухания твердых полимеров…………...7

1.2 Цель  задачи исследования………………………………………….16

2.Экспериментальная часть……………………………………………...17

2.1 Характеристика сырья и исходных  материалов…………………...17

2.2 Методы проведения опыта…………………………………………..19

2.3 Результат опытов  и их обработка…………………………………...20

3. Экспертное заключение…………………………………………….....21

Заключение……………………………………………………………….22

Список литературы……………….……………………………………...23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

В данной курсовой работе исследованы зоны когуляциии с помощью фотоэлектоколориметра. Рассмотрены и изучены понятия коагуляции, физико – химические свойства процесса коагуляции, также исследованы действия и поведения реагентов в данном процессе. Также исследованы скорость коагуляции, время коагуляции разных реагентов, поведение коагуляции. В работе были исследованы технология коагуляции с помощью фотоэлектроколориметра. Изучен взаимосвязь оптической плотности и времени коагуляции. Проведены лабораторные исследования процесса  коагуляция. Изучены физико – химические свойства исходных реагентов и продуктов процесса коагуляция. Также рассмотрены и исследованы продукт коагуляции – коагулянта. Рассмотрены совместное действие электролитов процесса коагуляции, взаимное действие золей на процесс.

Курсовая работа состоит  из 3 разделов, 6 подразделов, заключения и из списка 15 использованных литератур. В работе имеются 1 таблиц , 3 схема и 2 диаграмма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормативные ссылки 

 

ГОСТ 19113-84 канифоль

ГОСТ 4147-74 хлорид железа

ГОСТ  54597-2011 исследование зон коагуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определения

 

Коагуляция (от лат. Coagulatio — свёртывание, сгущение) слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле.

Золи (от нем. Sol  — коллоидный раствор) предельно высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. З. по традиции иногда называются коллоидными растворами.

Гели (от лат. gelo — застываю) дисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой, обладающие некоторыми свойствами твёрдых тел: способностью сохранять форму, прочностью, упругостью, пластичностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения и  сокращения

 

ДФ - дисперсной фазы

ДС - дисперсионной среды

С_К – порог коагуляции

ГСА – гидросоединения  алюминия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Представление о коллоидах  как об особой группе веществ вошло  в науку в середине ХIХ века. Растворы этих веществ отличались от обычных рядом признаков, в частности, тем, что растворенное вещество не проходило через мембраны с очень тонкими порами и не обнаруживало заметной диффузии.

В начале ХХ века было установлено, что любое вещество может быть получено в виде коллоида и, следовательно, нужно говорить не о коллоидных веществах, а о коллоидном состоянии как о всеобщем особом состоянии материи (это было сформулировано впервые П. П.Веймарном).

Согласно определению, данному П. А. Ребиндером, коллоидная химия - это физико-химия дисперсных систем и поверхностных явленийв этих системах.

На границе 19-го и 20-го столетий существенный вклад в развитие коллоидной науки внесли исследования Г.О. Шульце, который в 1882 г. сформулировал правило электролитной коагуляции лиозолей. В 1990 г. это правило было подтверждено У. Гарди [1], предпринявшим систематические исследования коагуляции. Поэтому правило валентности электролитной коагуляции обычно называют правилом Шулце-Гарди. В 1892 г. С. Линдер и Г. Пиктон вернулись к опытам Ф. Рейса и подробно исследовали явление электрофореза. Они установили, что частички твердой фазы в лиозоляхнесут электрический заряд, чем и объясняется их направленное движение.

Коагуляция слипание коллоидных частиц и выпадение их в осадок. Коагуляция играет важную роль во многих технологических, биологических, атмосферных и геологических процессах. При производстве сыров используют процесс коагуляции молока. В процессе производства молока используются коагулянты ферментативного происхождения.

Коагуляция широко применяется  для очистки природных и сточных  производственных вод от взвешенных и коллоидных примесей. При очистке сточных и природных вод от коллоидов в воду добавляют электролит. Коагулянт необходимо выбирать так, чтобы знак заряда его коллоидных частиц был противоположен знаку заряда частиц примесей. Разрушение коллоидных систем может происходить в электрическом поле (из-за разрушения диффузного слоя происходит слипание частиц). Такая электрокоагуляция используется для очистки воды, в медицине для остановки кровотечения при операциях, лечения эрозий. Наоборот, очистку загрязненной воды проводят коллоидами. Для этого в загрязненную воду добавляют вещества, которые при определенных условиях (например, рН) образуют хлопья, захватывающие загрязнения и осаждающиеся вместе с ними [2].

Современные схемы очистки  воды включают в себя сорбционные  и коагуляционные технологии. В качестве коагулянтов используются минеральные соли с гидролизующимися катионами, например Al₂(SO₄)₃ и FeCl₃, которые образуют в щелочной среде соответствующие гидроксиды, обладающие высокими адсорбционными свойствами и способствующие созданию структуры несжимаемых осадков Утилизация осадков является важной проблемой в подготовке питьевой воды. Для растворения гидрок-сида алюминия применяют процесс пептизации, протекающий с использованием химических реагентов и нагревания [1]. В настоящее время актуальна разработка безреагентных методов пептизации. Также значительное внимание уделяется интенсификации процесса коагулирования, механизм которого можно изменить, ускорив формирование иосаждение коагулированной смеси, например, применив ультразвук, механическое воздействие на систему (перемешивание, вибрация), электрохимическую коагуляцию, использование импульсных электрических разрядов [3].

Кровь – жидкая ткань  организма, циркулирующая в кровеносной  системе человека и животных и  состоящая из плазмы и взвешенных в ней частиц – эритроцитов (содержащих гемоглобин), лейкоцитов и тромбоцитов – дисперсная система, устойчивость которой обеспечивается некоторыми белками.Остановка кровотечения происходит в результате свертывания крови, превращения жидкой крови в эластичный сгусток. В прекращении кровотечения важную роль играют тромбоциты (кровяные пластинки), слипающиеся и разрушающиеся с образованием волокон, составляющих основу тромба (сгустка) [4]. Одновременно происходит слипание эритроцитов и лейкоцитов. В свертывании крови участвуют белки – фибриноген, протромбин и др. Их недостаток в крови в некоторой степени защищает организм от образования тромбов в сосудах кровеносной системы, но приводит к кровоточивости слизистых оболочек и замедлению свертывания крови при порезах кожи. Для остановки кровотечения используют алюмокалиевые квасцы, сульфат алюминия, хлорид кальция, мел, желатин, а также губки из фибрина, образующегося из фибриногена.

Образование различных  месторождений иногда объясняют  коагуляцией природных растворов. Например, образование медных месторождений объясняют легкой коагуляцией щелочными водами растворов, содержащих соли меди [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналитический обзор  научно-исследовательской работы  по теме

1.1 Исследование  зон коагуляции с помощью фотоэлектоколори-метра

1.1.1 Коагуляция

 

Коагуляция (от лат. Coagulatio — свёртывание, сгущение), слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных). Первичные частицы в таких скоплениях соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды [4]. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц (увеличением размера и массы агрегатов) и уменьшением их числа в объёме дисперсионной среды — жидкости или газа.

Характерные признаки коагуляции - увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований - флоккул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок) (рис. 1).

В общем смысле под  коагуляцией понимают потерю агрегативной устойчивости дисперсной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Схема коагуляции и седиментации

 

Коагуляция может быть вызвана разными факторами:

Коагуляция может наступить  при действии на коллоидную систему таких различных по своей природе факторов, как длительный диализ (очистка золей), добавление растворов электролитов, добавление растворов неэлектролитов, механическое воздействие (размешивание или встряхивание), сильное охлаждение или нагревание, пропускание электрического тока и, наконец, действие лучистой энергии [5]. Иногда коагуляция может наступить в результате «старения» или химических изменений, происходящих в золе.

Устойчивость коллоидных систем зависит от многих факторов. При повышении температуры из-за роста кинетической энергии частиц уменьшается диффузный слой ионов частиц, и при их соударениях они разрушаются или слипаются. При замораживании раствора вода из защитных гидратных оболочек частиц переходит в лед, и происходит концентрирование золя и электролита. При последующем размораживании дисперсная система может не восстановиться [6]. Сильное повышение давления также способствует слипанию частиц.

Устойчивость дисперсных систем понижается, и они разрушаются  при разнообразных воздействиях. Самое сильное влияние на коагуляцию оказывают электролиты, что имеет большое практическое значение. Электролиты уменьшают диффузный слой ионов мицеллы до такой степени, что он перестает предохранять частицы от слипания.

При разбавлении коллоидного раствора происходит понижение концентрации электролита, что приводит к уходу ионов из диффузного слоя мицеллы и понижению -потенциала. При выпаривании раствора концентрация частиц повышается, и это способствует их слипанию. В обоих случаях результат один – коагуляция [7].

Коагуляция гидрофобных  коллоидных растворов наступает  не только под действием электролитов, но и при смешении двух золей с  противоположными знаками зарядов частиц. Это явление взаимной коагуляции вызывается нейтрализацией зарядов ионов диффузных слоев частиц.

Особенности коллоидно-дисперсных систем определяют их структурно-механические (реологические) свойства. Как отмечалось ранее, в зависимости от природы, формы, размеров коллоидных частиц, соотношения дисперсной фазы (ДФ) и дисперсионной среды (ДС), характера взаимодействия между ними коллоидно-дисперсные системы могут быть жидкими (золи), когда ДФ < ДС, твердообразными (гели) при условии, когда ДФ > ДС, и промежуточными (вязкопластичными) золь-гелевыми при ДФ = ДС. Каждому из этих состояний присущи свои структурные свойства [5].

 

1.1.2 Золи

 

Золи (нем., ед. ч. Sol) (лиозоли, коллоидные растворы), высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. В золях (ДФ < ДС) частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в броуновском движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести. Золи текучи, не имеют прочности, характеризуются неограниченной (необратимой) деформацией, т. е. имеют свойства жидкости [8].

Большинство золей представляет собой агрегативно-неустойчивые системы. Под влиянием различных факторов: нагревания, прибавления к золю другого  коллоида, электролитов, – частицы  золя частично или полностью теряют свой заряд (рис. 2) либо сольватную оболочку. Частицы слипаются друг с другом, укрупняются, при этом уменьшается степень дисперсности и, следовательно, поверхностное натяжение. В дальнейшем укрупнившиеся частицы под действием силы тяжести оседают. Укрупнение частиц золя называется коагуляцией, а осаждение укрупненных частиц под влиянием силы тяжести, как уже отмечалось ранее, – седиментацией [9].

 

 

Рисунок 2. Схема коагуляции электролитами

 

При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространств, сетки коагуляционной структуры [8].