تهیه و تصفیه سیستم های پراکنده. روشهای تصفیه سیستمهای پراکنده روشهای بدست آوردن و تصفیه سیستمهای پراکنده

سیستم پراکنده سیستمی است که در آن یک ماده در محیط ماده دیگر توزیع می شود و یک مرز فاز بین ذرات و محیط پراکندگی وجود دارد. سیستم های پراکنده شامل فاز پراکندهو محیط پراکندگی

فاز پراکنده ذرات توزیع شده در محیط است. نشانه های آن: پراکندگی و منقطع.

محیط پراکندگی محیط مادی است که فاز پراکنده در آن قرار دارد. نشانه آن تداوم است.

روش پراکندگی. این شامل خرد کردن مکانیکی جامدات به یک پراکندگی مشخص است. پراکندگی توسط ارتعاشات اولتراسونیک؛ پراکندگی الکتریکی تحت تأثیر متناوب و دی سی. برای دریافت سیستم های پراکندهروش پراکندگی به طور گسترده توسط دستگاه های مکانیکی استفاده می شود: سنگ شکن، آسیاب، ملات، غلطک، آسیاب رنگ، شیکر. مایعات با استفاده از نازل ها، آسیاب ها، دیسک های چرخان و سانتریفیوژها اتمیزه و اسپری می شوند. پراکندگی گازها عمدتاً با حباب زدن آنها در یک مایع انجام می شود. در فوم پلیمرها، فوم بتن و فوم گچ، گازها با استفاده از موادی تولید می شوند که در دماهای بالا یا در واکنش های شیمیایی گاز آزاد می کنند.

با وجود استفاده گسترده از روش های پراکندگی، نمی توان از آنها برای به دست آوردن سیستم های پراکنده با اندازه ذرات 100- نانومتر استفاده کرد. چنین سیستم هایی با روش های تراکم به دست می آیند.

روش های تراکم بر اساس فرآیند تشکیل فاز پراکنده از مواد در حالت مولکولی یا یونی است. لازمه این روش ایجاد یک محلول فوق اشباع است که باید از آن یک سیستم کلوئیدی به دست آید. این را می توان تحت شرایط فیزیکی یا شیمیایی خاصی به دست آورد.

روش های فیزیکی چگالش:

1) خنک شدن بخارات مایعات یا جامدات در حین انبساط آدیاباتیک یا مخلوط کردن آنها با حجم زیادی از هوا.

2) حذف تدریجی (تبخیر) حلال از محلول یا جایگزینی آن با حلال دیگری که ماده پراکنده در آن کمتر محلول است.

بنابراین، تراکم فیزیکی به تراکم بخار آب بر روی سطح ذرات جامد یا مایع معلق در هوا، یون ها یا مولکول های باردار (مه، مه دود) اشاره دارد.

هنگامی که مایع دیگری به محلول اصلی اضافه می شود، جایگزینی حلال منجر به تشکیل یک سل می شود که به خوبی با حلال اصلی مخلوط می شود اما حلال ضعیفی برای حل شونده است.

روش های تراکم شیمیایی مبتنی بر انجام واکنش های مختلف است که در نتیجه یک ماده حل نشده از محلول فوق اشباع رسوب می کند.

تراکم شیمیایی می تواند نه تنها بر اساس واکنش های تبادلی، بلکه بر اساس واکنش های ردوکس، هیدرولیز و غیره نیز باشد.

سیستم های پراکنده را می توان با پپتیزاسیون نیز به دست آورد که شامل تبدیل رسوبات، ذرات آن از قبل دارای اندازه کلوئیدی به یک "محلول" کلوئیدی است. انواع زیر از پپتیزاسیون متمایز می شود: پپتیزاسیون با شستشوی رسوب. پپتیزاسیون با سورفکتانت ها؛ پپتیزاسیون شیمیایی

از نقطه نظر ترمودینامیکی، سودمندترین روش پراکندگی است.

روش های تمیز کردن:

1. دیالیز - تصفیه sols از ناخالصی ها با استفاده از غشاهای نیمه تراوا شسته شده با یک حلال خالص.

2. الکترودیالیز - دیالیز تسریع شده توسط میدان الکتریکی.

3. اولترافیلتراسیون - خالص سازی با فشار دادن یک محیط پراکنده همراه با ناخالصی های کم مولکولی از طریق یک غشای نیمه تراوا (اولترافیلتر).

خواص مولکولی جنبشی و نوری سیستم های پراکنده: حرکت براونی، فشار اسمزی، انتشار، تعادل رسوب، تجزیه و تحلیل رسوب، خواص نوری سیستم های پراکنده.

تمام خواص جنبشی مولکولی ناشی از حرکت خود به خودی مولکول ها است و در حرکت براونی، انتشار، اسمز و تعادل ته نشینی آشکار می شود.

حرکت براونی یک حرکت پیوسته و پر هرج و مرج است که برای همه جهات به یک اندازه محتمل است. ذرات ریزبه دلیل تأثیر مولکول های محیط پراکندگی در مایعات یا گازها معلق است. تئوری حرکت براونی مبتنی بر ایده برهمکنش یک نیروی تصادفی است که تاثیرات مولکول‌ها، نیروی وابسته به زمان و نیروی اصطکاک را مشخص می‌کند، زمانی که ذرات یک فاز پراکنده در یک محیط پراکنده در یک محیط پراکنده حرکت می‌کنند. سرعت معین

علاوه بر حرکت انتقالی، حرکت چرخشی نیز امکان پذیر است که برای ذرات دو بعدی معمول است. شکل نامنظم(نخ ها، الیاف، پولک ها). حرکت براونی در سیستم های بسیار پراکنده بیشتر مشخص است و شدت آن به پراکندگی بستگی دارد.

انتشار عبارت است از انتشار خود به خود ماده از ناحیه ای با غلظت بالاتر به ناحیه ای با غلظت کمتر. انواع زیر متمایز می شوند:

1.) مولکولی

3) ذرات کلوئیدی

سرعت انتشار در گازها بالاترین و در جامدات کمترین میزان است.

فشار اسمزی فشار اضافی بالای یک محلول است که برای جلوگیری از انتقال حلال از طریق غشا ضروری است. OD زمانی اتفاق می‌افتد که یک حلال خالص به سمت محلول یا از محلول رقیق‌تر به سمت محلول غلیظ‌تر حرکت می‌کند و بنابراین با غلظت املاح و حلال مرتبط است. فشار اسمزی برابر با فشاری است که فاز پراکنده (املاح) تولید می کند اگر به شکل گاز در همان دما، حجمی برابر با سیستم کلوئیدی (محلول) اشغال کند.

ته نشینی عبارت است از جداسازی سیستم های پراکنده تحت تأثیر گرانش با جداسازی فاز پراکنده به صورت رسوب. توانایی سیستم های پراکنده در ته نشینی نشانگر پایداری ته نشینی آنها است. فرآیندهای جداسازی زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که لازم باشد یک یا آن جزء را از یک جزء از برخی محصولات طبیعی یا مصنوعی که یک سیستم مایع ناهمگن است جدا کنیم. در برخی موارد، یک جزء ارزشمند از سیستم حذف می شود، در برخی دیگر، ناخالصی های ناخواسته حذف می شود. در پذیراییفرآیندهای جداسازی سیستم های پراکنده زمانی ضروری است که نیاز به نوشیدنی های شفاف، شفاف سازی آبگوشت و آزادسازی آن از ذرات گوشت باشد.

رفتار پرتو نوری که در مسیر خود با ذرات فاز پراکنده برخورد می کند به نسبت طول موج نور و اندازه ذرات بستگی دارد. اگر اندازه ذرات بزرگتر از طول موج نور باشد، نور از سطح ذرات با زاویه خاصی منعکس می شود. این پدیده در تعلیق ها مشاهده می شود. اگر اندازه ذرات کوچکتر از طول موج نور باشد، نور پراکنده می شود.

برای خالص سازی سیستم های پراکنده از ناخالصی ها، از فیلتراسیون، دیالیز، الکترودیالیز و اولترافیلتراسیون استفاده می شود.

فیلتراسیون (lat. فیلتروم –نمد) یک روش جداسازی مبتنی بر عبور مخلوط خرد شده از یک فیلم متخلخل است. در این حالت، ذرات کوچک df از منافذ فیلترهای معمولی عبور می کنند و ذرات بزرگ باقی می مانند. بنابراین، از فیلتراسیون برای حذف ذرات بزرگ از پراکندگی نیز استفاده می شود.

دیالیز (یونانی) دیالیزیسجداسازی) روشی برای حذف ترکیبات کم مولکولی از سیستم های پراکنده و محلول های BMS با استفاده از غشاها است. در دیالیز، مخلوط مایع مورد دیالیز توسط یک غشاء مناسب از حلال خالص جدا می شود (شکل 2.6). ذرات Df و درشت مولکول‌ها توسط غشاء حفظ می‌شوند و مولکول‌های کوچک و یون‌های کوچک از طریق غشا به داخل حلال پخش می‌شوند و...
جایگزینی به اندازه کافی مکرر آن را می توان تقریباً به طور کامل از مخلوط دیالیز شده حذف کرد.

توانایی جداسازی غشاها با توجه به مواد با وزن مولکولی کم بر این واقعیت استوار است که مولکول‌ها و یون‌های کوچک آزادانه از منافذ (مویرگ‌ها) که به غشا نفوذ می‌کنند یا در ماده غشایی حل می‌شوند، عبور می‌کنند.

فیلم های مختلف، طبیعی و مصنوعی، به عنوان غشاء برای دیالیز استفاده می شود. فیلم های طبیعی: مثانه گاو یا خوک، مثانه شنای ماهی. مصنوعی: فیلم های ساخته شده از نیتروسلولز، استات سلولز، سلفون، ژلاتین و سایر پلیمرها.

طیف گسترده ای از دیالیزورها - دستگاه های دیالیز وجود دارد. همه دیالیزها بر اساس ساخته شده اند اصل کلی. مخلوط دیالیز شده (مایع داخلی) در ظرفی است که در آن توسط یک غشاء از آب یا حلال دیگر (مایع خارجی) جدا می شود (شکل 2.6). سرعت دیالیز با افزایش سطح غشا، تخلخل و اندازه منافذ آن، با افزایش دما، شدت اختلاط مایع دیالیز شده و سرعت تغییر مایع خارجی افزایش می‌یابد و با افزایش ضخامت غشا کاهش می‌یابد. .

برای افزایش سرعت دیالیز الکترولیت های با وزن مولکولی کم، از الکترودیالیز استفاده می شود. برای این منظور یک میدان الکتریکی ثابت با افت پتانسیل 20-250 V/cm و بالاتر در دیالیز ایجاد می شود (شکل 2.7). انجام دیالیز در یک میدان الکتریکی باعث می شود تا تصفیه سیستم های پراکنده تا چندین ده برابر تسریع شود.

اولترافیلتراسیون (lat. فوق العاده- تمام شد، فیلتروم- نمد) برای تمیز کردن سیستم های حاوی میکروذرات (sols، محلول های IUD، سوسپانسیون باکتری ها، ویروس ها) استفاده می شود. این روش مبتنی بر وادار کردن مخلوط به جدا شدن از طریق فیلترهایی با منافذ است که فقط به مولکول ها و یون های مواد با وزن مولکولی کم اجازه عبور می دهد. اولترافیلتراسیون را می توان به عنوان دیالیز فشاری در نظر گرفت. به طور گسترده ای برای تصفیه آب، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیکآنزیم ها، ویتامین ها و غیره

دو روش برای تولید سیستم های پراکنده - پراکندگی و چگالش

پراکندگی و چگالش روش هایی برای تولید سیستم های پراکنده آزاد هستند: پودر، سوسپانسیون، سل، امولسیون و غیره. تحت پراکندگی درک خرد شدن و ساییدن یک ماده، تشکیل یک سیستم پراکنده ناهمگن از یک سیستم همگن در نتیجه پیوند مولکول ها، اتم ها یا یون ها به دانه ها است.

در تولید جهانی مواد و مواد مختلف، فرآیندهای پراکندگی و تراکم یکی از مکان های پیشرو را به خود اختصاص می دهند. میلیاردها تن مواد خام و محصولات در حالت پراکنده آزاد به دست می آید. این امر سهولت حمل و نقل و دوز را تضمین می کند و همچنین به دست آوردن مواد همگن هنگام تهیه مخلوط ها امکان پذیر می شود.

به عنوان مثال می توان به خرد کردن و آسیاب سنگ معدن، زغال سنگ و تولید سیمان اشاره کرد. پراکندگی در طی احتراق سوخت مایع رخ می دهد.

تراکم در هنگام تشکیل مه، در هنگام تبلور رخ می دهد.

لازم به ذکر است که در هنگام پراکندگی و تراکم، تشکیل سیستم های پراکنده با ظهور یک سطح جدید همراه است، یعنی افزایش سطح ویژه مواد و مواد، گاهی اوقات هزاران بار یا بیشتر. بنابراین، تولید سیستم های پراکنده، به استثنای برخی موارد، مستلزم صرف انرژی است.

هنگام خرد کردن و آسیاب کردن، مواد در درجه اول در مکان های نقص استحکام (ترک های ماکرو و میکرو) از بین می روند. بنابراین، با پیشرفت آسیاب، استحکام ذرات افزایش می یابد که منجر به افزایش مصرف انرژی برای پراکندگی بیشتر آنها می شود.

تخریب مواد را می توان با استفاده تسهیل کرد اثر Rehbinder – کاهش جذب در زوال مواد جامد این اثر باعث کاهش انرژی سطحی با کمک سورفکتانت ها می شود که منجر به تغییر شکل و شکستگی آسان تر می شود. جامد. به عنوان چنین سورفکتانت، در اینجا نامیده می شود کاهنده سختی،به عنوان مثال، فلزات مایع را می توان برای از بین بردن فلزات جامد یا سورفکتانت های معمولی استفاده کرد.

کاهنده های سختی با مقادیر کم مشخص می شوند که باعث اثر Rebinder و ویژگی عمل می شوند. افزودنی هایی که مواد را خیس می کنند به نفوذ محیط در عیوب کمک می کنند و با کمک نیروهای مویرگی، تخریب جامد را نیز تسهیل می کنند. سورفکتانت ها نه تنها به تخریب مواد کمک می کنند، بلکه حالت پراکنده را تثبیت می کنند و از چسبیدن ذرات به هم جلوگیری می کنند.

سیستم هایی با حداکثر درجه پراکندگی را می توان تنها با استفاده از روش های تراکم به دست آورد.

محلول های کلوئیدی نیز می توانند تهیه شوند به روش تراکم شیمیایی، بر اساس هدایت واکنش های شیمیایی، همراه با تشکیل مواد نامحلول یا کم محلول است. برای این منظور از انواع مختلفی از واکنش ها استفاده می شود - تجزیه، هیدرولیز، ردوکس و غیره.

تمیز کردن سیستم های پراکنده

نمک ها و محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا (HMCs) حاوی ترکیبات با وزن مولکولی کم به عنوان ناخالصی های نامطلوب هستند. آنها با استفاده از روش های زیر حذف می شوند.

دیالیز. دیالیز از نظر تاریخی اولین روش تصفیه بود. توسط T. Graham (1861) پیشنهاد شد. نمودار ساده ترین دیالیزور در شکل نشان داده شده است. 3 (به پیوست مراجعه کنید). سلی که قرار است خالص شود یا محلول IUD در ظرفی ریخته می شود که کف آن غشایی است که ذرات کلوئیدی یا ماکرومولکول ها را نگه می دارد و به مولکول های حلال و ناخالصی های کم مولکولی اجازه عبور می دهد. محیط خارجی در تماس با غشا یک حلال است. ناخالصی های با وزن مولکولی کم که غلظت آنها در خاکستر یا محلول ماکرومولکولی بیشتر است، از غشاء به محیط خارجی (دیالیز) عبور می کنند. در شکل جهت جریان ناخالصی های کم وزن مولکولی با فلش نشان داده شده است. تصفیه تا زمانی ادامه می یابد که غلظت ناخالصی ها در خاکستر و دیالیز به ارزش نزدیک شود (به طور دقیق تر، تا زمانی که پتانسیل های شیمیایی موجود در خاکستر و دیالیز یکسان شود). اگر حلال را به روز کنید، می توانید تقریباً به طور کامل از شر ناخالصی ها خلاص شوید. این استفاده از دیالیز زمانی مناسب است که هدف از خالص سازی حذف تمام مواد با وزن مولکولی کم که از غشا عبور می کنند باشد. با این حال، در برخی موارد ممکن است کار دشوارتر باشد - فقط باید از شر بخش خاصی از ترکیبات با وزن مولکولی کم در سیستم خلاص شد. سپس محلولی از آن دسته از موادی که باید در سیستم حفظ شوند به عنوان محیط خارجی استفاده می شود. این دقیقاً وظیفه ای است که هنگام تصفیه خون از مواد زائد و سموم با وزن مولکولی کم (نمک ها، اوره و غیره) تعیین می شود.

اولترافیلتراسیون اولترافیلتراسیون یک روش تصفیه است که با فشار دادن یک محیط پراکنده همراه با ناخالصی های با وزن مولکولی کم از طریق اولترافیلترها انجام می شود. اولترافیلترها غشاهایی از همان نوع غشاهایی هستند که برای دیالیز استفاده می شوند.

ساده ترین نصب برای تصفیه با اولترافیلتراسیون در شکل 1 نشان داده شده است. 4 (به پیوست مراجعه کنید). محلول سل یا محلول IUD خالص شده از اولترافیلتر داخل کیسه ریخته می شود. فشار بیش از حد در مقایسه با فشار اتمسفر به سل اعمال می شود. می تواند توسط یک منبع خارجی (مخزن هوای فشرده، کمپرسور و غیره) یا توسط یک ستون بزرگ مایع ایجاد شود. محیط پراکندگی با افزودن یک حلال خالص به سل تجدید می شود. برای اطمینان از اینکه سرعت تمیز کردن به اندازه کافی بالا است، به روز رسانی در سریع ترین زمان ممکن انجام می شود. این با استفاده از فشار بیش از حد قابل توجهی به دست می آید. برای اینکه غشا بتواند چنین بارهایی را تحمل کند، روی یک تکیه گاه مکانیکی اعمال می شود. چنین پشتیبانی توسط مش ها و صفحات با سوراخ، شیشه و فیلترهای سرامیکی ارائه می شود.

میکروفیلتراسیون . میکروفیلتراسیون جداسازی ریز ذرات در اندازه های 0.1 تا 10 میکرون با استفاده از فیلترها است. عملکرد میکروفیلترات با تخلخل و ضخامت غشا تعیین می شود. برای ارزیابی تخلخل، یعنی نسبت مساحت منافذ به کل مساحت فیلتر، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود: فشردن مایعات و گازها، اندازه‌گیری هدایت الکتریکی غشاها، سیستم‌های فشردن حاوی ذرات کالیبره‌شده فاز پراکندگی و غیره.

فیلترهای میکرو متخلخل از مواد معدنیو پلیمرها با تف جوشی پودرها می توان غشاهایی از چینی، فلزات و آلیاژها به دست آورد. غشاهای پلیمری برای میکروفیلتراسیون اغلب از سلولز و مشتقات آن ساخته می شوند.

الکترودیالیز. حذف الکترولیت ها را می توان با اعمال اختلاف پتانسیل خارجی تسریع کرد. این روش تصفیه الکترودیالیز نامیده می شود. استفاده از آن برای تصفیه سیستم های مختلف با اشیاء بیولوژیکی (محلول های پروتئینی، سرم خون و غیره) در نتیجه کار موفقیت آمیز Doré (1910) آغاز شد. دستگاه ساده ترین الکترودیالایزر در شکل 1 نشان داده شده است. 5 (به پیوست مراجعه کنید). جسمی که باید تمیز شود (sol, محلول IUD) در محفظه میانی 1 قرار می گیرد و محیط در دو محفظه جانبی ریخته می شود. در محفظه های کاتد 3 و آند 5، یون ها تحت تأثیر ولتاژ الکتریکی اعمال شده از منافذ غشا عبور می کنند.

هنگامی که بتوان ولتاژهای الکتریکی بالا را اعمال کرد، الکترودیالیز برای تصفیه مناسب است. در اغلب موارد، در مرحله اولیه تصفیه، سیستم ها حاوی نمک های محلول زیادی هستند و رسانایی الکتریکی آنها بالاست. بنابراین، در ولتاژهای بالا، مقدار قابل توجهی گرما می تواند آزاد شود و در سیستم هایی با پروتئین یا غیره اجزای بیولوژیکیتغییرات غیر قابل برگشت ممکن است رخ دهد. بنابراین، منطقی است که از الکترودیالیز به عنوان یک روش تمیز کردن نهایی استفاده کنیم و ابتدا از دیالیز استفاده کنیم.

ترکیب شده است روش های تمیز کردنعلاوه بر روش های خالص سازی فردی - اولترافیلتراسیون و الکترودیالیز - ترکیب آنها شناخته شده است: الکترو اولترافیلتراسیون که برای خالص سازی و جداسازی پروتئین ها استفاده می شود.

شما می توانید با استفاده از روشی به نام محلول یا محلول IUD را تصفیه و به طور همزمان افزایش دهید. الکترودکانتاسیوناین روش توسط W. Pauli پیشنهاد شد. الکترودکانتاسیون زمانی اتفاق می افتد که الکترودیالایزر بدون هم زدن کار کند. ذرات سل یا ماکرومولکول ها بار خاص خود را دارند و تحت تأثیر میدان الکتریکی در جهت یکی از الکترودها حرکت می کنند. از آنجایی که آنها نمی توانند از غشاء عبور کنند، غلظت آنها در یکی از غشاها افزایش می یابد. به عنوان یک قاعده، چگالی ذرات با چگالی محیط متفاوت است. بنابراین، در محلی که سل متمرکز می شود، چگالی سیستم با مقدار متوسط ​​متفاوت است (معمولاً با افزایش غلظت، چگالی افزایش می یابد). سل غلیظ به سمت پایین الکترودیالایزر جریان می یابد و گردش در محفظه انجام می شود و تا زمانی که ذرات تقریباً به طور کامل حذف شوند ادامه می یابد.

محلول‌های کلوئیدی و به‌ویژه محلول‌های کلوئیدی لیوفوبیک، خالص‌شده و تثبیت‌شده، علی‌رغم ناپایداری ترمودینامیکی، می‌توانند برای مدت نامحدودی وجود داشته باشند. محلول های سل طلای قرمز تهیه شده توسط فارادی هنوز هیچ تغییر قابل مشاهده ای نداشته اند. این داده‌ها نشان می‌دهند که سیستم‌های کلوئیدی ممکن است در تعادل متقابل باشند.

دو روش شناخته شده برای تولید سیستم های پراکنده وجود دارد. در یکی از آنها جامد و مواد مایعدر یک محیط پراکندگی مربوطه، در یک محیط دیگر باعث تشکیل ذرات فاز پراکندگی از مولکول ها یا یون های منفرد می شوند.

روش های تولید سیستم های پراکنده با آسیاب کردن ذرات بزرگتر نامیده می شود پراکندهروش های مبتنی بر تشکیل ذرات در نتیجه تبلور یا تراکم نامیده می شود. متراکم شدن

23) خواص کلوئیدها.

نوع I - suspensoids(یا کلوئیدهای برگشت ناپذیر، کلوئیدهای لیوفوبیک). محلول های کلوئیدی فلزات، اکسیدهای آنها، هیدروکسیدها، نمک ها. ذرات اولیه فاز پراکنده با ساختار ماده مربوطه تفاوتی ندارند و دارای شبکه مولکولی یا یونی هستند. اینها سیستم های بسیار پراکنده با سطح بین فاز توسعه یافته هستند. آنها از نظر پراکندگی با سوسپانسیون ها تفاوت دارند. آنها به این دلیل نامگذاری شدند که نمی توانند برای مدت طولانی بدون تثبیت کننده وجود داشته باشند.

نوع II - انجمنی (کلوئیدهای میسلی) -نیمه کلوئیدها ذرات این نوع زمانی به وجود می آیند که غلظت کافی از مولکول های آمفیفیلیک مواد با وزن مولکولی کم در توده های مولکول - میسل وجود داشته باشد. میسل‌ها خوشه‌هایی از مولکول‌هایی هستند که مرتباً مرتب شده‌اند که توسط نیروهای پراکندگی کنار هم قرار گرفته‌اند. تشکیل میسل برای محلول های آبی مواد شوینده و برخی رنگ های آلی معمول است. در محیط های دیگر، این مواد حل می شوند و محلول های مولکولی تشکیل می دهند.
نوع III - کلوئیدهای مولکولی -لیوفیلیک (یونانی "filio" - عشق). اینها شامل مواد طبیعی و مصنوعی با مولکولی بالا با وزن مولکولی از ده هزار تا چند میلیون است. مولکول های این مواد به اندازه ذرات کلوئیدی هستند، بنابراین به این گونه مولکول ها ماکرومولکول می گویند.
ویژگی اصلیذرات کلوئیدی - اندازه کوچک آنها d: 1 نانومتر< d < 10мкм

1) دیالیزساده ترین وسیله دیالیز - دیالیز - کیسه ای از مواد نیمه تراوا (کلودیون) است که مایع دیالیز شده در آن قرار می گیرد. کیسه در یک ظرف با یک حلال (آب) پایین می آید. با تغییر دوره ای یا دائمی حلال در دیالیز، ناخالصی های الکترولیت ها و غیر الکترولیت های با وزن مولکولی کم را می توان تقریباً به طور کامل از محلول کلوئیدی حذف کرد.
^2) الکترودیالیز- فرآیند دیالیز با عمل تسریع می شود جریان الکتریکی. از الکترودیالیز برای خالص سازی محلول های کلوئیدی آلوده به الکترولیت ها استفاده می شود. در صورت نیاز به خالص سازی محلول های کلوئیدی از غیر الکترولیت های با وزن مولکولی کم، فرآیند الکترودیالیز بی اثر است. روند الکترودیالیز کمی با دیالیز معمولی متفاوت است.
^3) اولترافیلتراسیون- فیلتر کردن محلول های کلوئیدی از طریق یک غشای نیمه تراوا که به یک محیط پراکندگی اجازه عبور می دهد.
ناخالصی های با وزن مولکولی کم و حفظ ذرات فاز پراکنده یا ماکرومولکول ها. برای سرعت بخشیدن به فرآیند اولترافیلتراسیون، با اختلاف فشار در هر دو طرف غشا انجام می شود: تحت خلاء یا
فشار خون بالا.
اولترافیلتراسیون چیزی نیست جز دیالیز تحت فشار

24) سیستم های پراکنده کلوئیدی آبگریز.
کلوئیدهای آبگریز

سیستم های پراکنده ای که در آنها ماده پراکنده با محیط پراکنده (آب) برهمکنش ندارد. آب دوستی و آبگریزی را ببینید.

سیستم های پراکنده،تشکیل دو یا چند فاز (جسم) با رابط بسیار توسعه یافته بین آنها. در D.s. حداقل یکی از فازها - فاز پراکنده - به شکل ذرات کوچک (کریستال ها، نخ ها، فیلم ها یا صفحات، قطره ها، حباب ها) در فاز پیوسته دیگر - محیط پراکندگی توزیع می شود. D.s. با توجه به مشخصه اصلی - اندازه ذرات یا (که همان چیزی است) پراکندگی (که با نسبت کل سطح سطح بین فاز به حجم فاز پراکنده تعیین می شود) - آنها به پراکندگی درشت (کم) تقسیم می شوند. و سیستم های ریز (به شدت) پراکنده یا کلوئیدی (کلوئیدها). در سیستم های درشت، ذرات دارای اندازه های بین 10-4 هستند سانتی مترو بالاتر، در کلوئیدها - از 10 -4 -10 -5 تا 10 -7 سانتی متر.

25) الکتروفورز و الکترواسموز.

الکترواسموز
حرکت مستقیم مایع در جسم متخلخل تحت تأثیر اختلاف پتانسیل اعمال شده الکترواسموز نامیده می شود. به عنوان مثال، لغزش الکترواسموتیک یک الکترولیت در منافذ مویرگی یا غشایی را در نظر بگیرید. اجازه دهید برای قطعیت فرض کنیم که یون های منفی روی سطح جذب می شوند و بدون حرکت ثابت هستند و یون های مثبت قسمت منتشر EDL را تشکیل می دهند. میدان خارجی E در امتداد سطح هدایت می شود. نیروی الکترواستاتیکی که بر هر عنصر دلخواه قسمت منتشر EDL وارد می شود باعث حرکت این عنصر در طول سطح می شود. از آنجایی که چگالی بار در قسمت پراکنده EDL F(x) بسته به فاصله تا سطح x تغییر می کند (شکل 1)، لایه های تجزیه شده الکترولیت مایع با سرعت های متفاوتی حرکت می کنند. حالت ثابت (سرعت جریان ثابت در طول زمان) زمانی حاصل می شود که نیروی الکترواستاتیکی که بر روی یک لایه دلخواه مایع اعمال می شود توسط نیروهای مقاومت چسبناک ناشی از تفاوت در سرعت حرکت لایه های مایع در فواصل مختلف جبران شود. از سطح معادلات هیدرودینامیکی که حرکت یک سیال را در ویسکوزیته ثابت سیال و ثابت دی الکتریک آن توصیف می کند ممکن است با حل دقیق، نتیجه حل توزیع سرعت جریان است:

معنی اینجاست پتانسیل الکتریکیدر فاصله ای از سطحی که سرعت جریان سیال ناپدید می شود (به اصطلاح صفحه لغزنده).

الکتروفورز
حرکت هدایت شده ذرات فاز پراکنده تحت تأثیر اختلاف پتانسیل اعمال شده، الکتروفورز نامیده می شود.

حرکت الکتروفورتیک ذرات در یک الکترولیت ماهیتی شبیه به الکترواسموز دارد: یک میدان الکتریکی خارجی یون‌های قسمت متحرک EDL را به داخل می‌برد و لایه‌های مایع مجاور ذرات را مجبور می‌کند تا نسبت به سطح ذرات حرکت کنند. با این حال، به دلیل حجم عظیم مایع و کوچک بودن ذرات معلق، این حرکات در غیاب نیروهای خارجی به حرکت یک ذره در یک مایع ساکن کاهش می یابد. برای ذرات غیر رسانا با سطح صاف در سیستم‌هایی با قسمت نازک منتشر EDL، سرعت الکتروفورز با سرعت لغزش الکترواسموتیک، با علامت مخالف منطبق است. برای رسانایی ذرات کروی، سرعت الکتروفورز ممکن است باشد با معادله محاسبه می شود:

رسانایی الکتریکی ذره کجاست

26) ساختار میسل سل.
ساختار یک میسل کلوئیدی

کلوئیدهای لیوفوبیک انرژی سطحی بسیار بالایی دارند و بنابراین از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند. این فرآیند خود به خودی کاهش درجه پراکندگی فاز پراکنده (به عنوان مثال، ترکیب ذرات به دانه های بزرگتر) را ممکن می کند - انعقاد مواد سلبا این وجود، sol ها توانایی ذاتی برای حفظ درجه پراکندگی را دارند - ثبات تجمعیکه اولاً به دلیل کاهش انرژی سطحی سیستم به دلیل وجود یک لایه الکتریکی دوتایی بر روی سطح ذرات فاز پراکنده و ثانیاً به دلیل وجود موانع جنبشی برای انعقاد به شکل است. دافعه الکترواستاتیکی ذرات فاز پراکنده با بار الکتریکی یکسان.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) انعقاد sols آبگریز.

سیستم‌های پراکنده آبگریز با پایداری تجمعی جنبشی مشخص می‌شوند که با سرعت فرآیند انعقاد تعیین می‌شود. سینتیک انعقاد با معادله اسمولوچوفسکی تعیین می شود:

تعداد کل ذرات فاز پراکنده بر حسب زمان کجاست τ ;

تعداد اولیه ذرات؛ - نیمی از زمان انعقاد؛ ^ ک- نرخ انعقاد ثابت

28) ترکیبات با وزن مولکولی بالا. ساختار. انحلال و تورم

محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا (HMW)

ترکیبات با وزن مولکولی بالا موادی هستند که دارند وزن مولکولیاز 10000 تا چند میلیون آمو.

ابعاد مولکول های BMC در حالت توسعه یافته می تواند به 1000 نانومتر برسد، یعنی. قابل مقایسه با اندازه ذرات در محلول های کلوئیدی و سیستم های ریزهتروژن.

نقطه جوش VMC به طور قابل توجهی بالاتر از دمای تجزیه است، بنابراین آنها، به عنوان یک قاعده، فقط در حالت مایع یا جامد وجود دارند.

ماکرومولکول های IUD تشکیلات غول پیکری هستند که از صدها و هزاران اتم به صورت شیمیایی به یکدیگر پیوند دارند.

همه IUD ها را می توان بر اساس منشاء به طبیعی که در طی سنتز بیوشیمیایی تشکیل می شود و مصنوعی که به طور مصنوعی با پلیمریزاسیون یا پلی تراکم به دست می آید تقسیم کرد.

بسته به ساختار زنجیره پلیمری، IUD ها به خطی، شاخه ای و فضایی تقسیم می شوند.

مانند محلول های واقعی مواد کم مولکولی، محلول های HMC ها خود به خود تشکیل می شوند و از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند. این تفاوت آنها با سیستم های کلوئیدی لیوفوبیک است. پایداری ترمودینامیکی به دلیل نسبت مطلوب عوامل آنتالپی و آنتروپی است.

VMC ها دارای تعدادی از ویژگی های مشخصه سیستم های پراکنده هستند: آنها قادر به تشکیل پیوندهایی هستند که اندازه آنها با اندازه ذرات sols (100 نانومتر) قابل مقایسه است، نور را پراکنده می کنند، تشکیل امولسیون ها، سوسپانسیون ها و فوم ها را تقویت می کنند، آنها مشخص می شوند. با انتشار و حرکت براونی. در عین حال، بر خلاف sols لیوفوبیک، هیچ ناهمگنی در محلول های IUD وجود ندارد، یعنی. هیچ سطح سطحی بزرگی وجود ندارد.

یک ویژگی خاص منحصر به فرد IUD تورم هنگام تعامل با یک حلال است. تورم می تواند محدود یا نامحدود باشد. دومی منجر به انحلال پلیمر می شود.

وجود دارد تعداد زیادی BMC هایی که در محلول تفکیک می شوند و یون هایی با وزن مولکولی بالا تشکیل می دهند، پلی آدکترولیت نامیده می شوند. بسته به ماهیت گروه های پلیمری، پلی الکترولیت ها می توانند کاتیونی، آنیونی و آمفوتریک باشند. دومی شامل هر دو گروه اسیدی و بازی است. بسته به PH محیط به صورت اسید یا باز تفکیک می شوند. حالتی که در آن بارهای مثبت و منفی در یک مولکول پروتئین جبران می شود، ایزوالکتریک نامیده می شود و مقدار pH که در آن مولکول به حالت ایزوالکتریک می رود، نقطه ایزوالکتریک پروتئین (IPP) نامیده می شود.

دو رویکرد کلی برای به دست آوردن دیسپ وجود دارد. سیستم ها - پراکندگی و تراکم. روش پراکندگی مبتنی بر آسیاب کردن ذرات ماکروسکوپی به اندازه‌های نانو (100-1 نانومتر) است.

سنگ زنی مکانیکی به دلیل مصرف انرژی بالا کاربرد زیادی ندارد. در عمل آزمایشگاهی از سنگ زنی اولتراسونیک استفاده می شود. در طول آسیاب، دو فرآیند با هم رقابت می کنند: پراکندگی و تجمع ذرات حاصل. نسبت سرعت این فرآیندها به مدت زمان آسیاب، دما، ماهیت فاز مایع و وجود تثبیت کننده ها (اغلب سورفکتانت ها) بستگی دارد. با انتخاب شرایط بهینه، می توان ذرات با اندازه مورد نیاز را به دست آورد، اما توزیع اندازه ذرات می تواند کاملاً گسترده باشد.

جالب ترین پراکندگی خود به خود اجسام جامد در فاز مایع است. فرآیند مشابهی را می توان برای مواد با ساختار لایه ای مشاهده کرد. در چنین ساختارهایی، برهمکنش قوی بین اتم های داخل لایه و برهمکنش ضعیف بین لایه ها وجود دارد. به عنوان مثال، سولفیدهای مولیبدن و تنگستن که دارای ساختار لایه ای هستند، به طور خود به خود در استونیتریل پراکنده می شوند و ذرات دولایه ای به اندازه نانومتر تشکیل می دهند. در این حالت فاز مایع بین لایه ها نفوذ می کند، فاصله بین لایه ها را افزایش می دهد و برهمکنش بین لایه ها ضعیف می شود. تحت تأثیر ارتعاشات حرارتی، نانوذرات از سطح فاز تلویزیون جدا می شوند.

روش های تراکمبه فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شوند. تشکیل نانوذرات از طریق یک سری حالت‌های گذار در طول تشکیل مجموعه‌های میانی رخ می‌دهد که منجر به پیدایش هسته یک فاز جدید، رشد خود به خودی آن و ظهور یک فصل مشترک فاز فیزیکی می‌شود. اطمینان از سرعت بالای تشکیل جنین و سرعت پایین رشد بسیار مهم است.

روش های فیزیکی به طور گسترده برای به دست آوردن ذرات فلزی فوق پراکنده استفاده می شود. این روش ها در اصل روش های پراکندگی-تراکم هستند. در مرحله اول، فلز با تبخیر به اتم ها پراکنده می شود. سپس به دلیل فوق اشباع شدن بخار، تراکم اتفاق می افتد.

روش پرتو مولکولیبرای تولید پوشش هایی با ضخامت حدود 10 نانومتر استفاده می شود. مواد خوراک در یک محفظه با دیافراگم تا دمای بالا در خلاء گرم می شود. ذرات تبخیر شده، با عبور از دیافراگم، یک پرتو مولکولی را تشکیل می دهند. شدت پرتو و سرعت تراکم ذرات روی بستر را می توان با تغییر دما و فشار بخار بالای ماده منبع تغییر داد.

روش آئروسلتبخیر فلز در اتمسفر کمیاب یک گاز بی اثر در دمای پایین و به دنبال آن تراکم بخار است. با استفاده از این روش، نانوذرات طلا، آهن، کبالت، نیکل، نقره، آل به دست آمد. اکسیدها، نیتریدها، سولفیدهای آنها.

سنتز کرایوشیمیاییبر اساس تراکم اتم های فلز (یا ترکیبات فلزی) در دمای پایین در یک ماتریس بی اثر است.

تراکم شیمیایی. محلول کلوئیدی طلا (قرمز) با اندازه ذرات در سال 1857 توسط فارادی به دست آمد. این سل در موزه بریتانیا به نمایش گذاشته شده است. پایداری آن با تشکیل EDL در فصل مشترک فاز جامد-محلول و ظاهر یک جزء الکترواستاتیک فشار جدا شده توضیح داده می شود.

اغلب، سنتز نانوذرات در محلول در طی واکنش های شیمیایی انجام می شود. از واکنش های احیا برای تولید ذرات فلزی استفاده می شود. از آلومینیوم و بوروهیدریدها، هیپوفسفیت ها و غیره به عنوان مواد احیا کننده استفاده می شود، به عنوان مثال، یک سل طلا با اندازه ذرات 7 نانومتر از احیای کلرید طلا با بوروهیدرید به دست می آید.

نانوذرات نمک یا اکسیدهای فلزی از طریق واکنش های تبادل یا هیدرولیز به دست می آیند.

سورفکتانت های طبیعی و مصنوعی به عنوان تثبیت کننده استفاده می شود.

نانوذرات با ترکیب مخلوط سنتز شدند. به عنوان مثال، Cd/ZnS، ZnS/CdSe، TiO2/SiO2. چنین نانوذراتی با رسوب مولکول‌های یک نوع (پوسته) روی یک نانوذره سنتز شده قبلی از نوع دیگر (هسته) به دست می‌آیند.

عیب اصلی همه روش ها، توزیع اندازه گسترده نانوذرات است. یکی از روش‌های تنظیم اندازه نانوذرات، تولید نانوذرات در میکروامولسیون‌های معکوس است. در میکروامولسیون های معکوس، فاز دیس آب و محیط دیس روغن است. اندازه قطرات آب (یا مایع قطبی دیگر) بسته به شرایط تولید و ماهیت تثبیت کننده می تواند بسیار متفاوت باشد. یک قطره آب نقش یک راکتور را بازی می کند که در آن فاز جدیدی تشکیل می شود. اندازه ذره حاصله با اندازه قطره محدود می شود.

روش سل-ژلشامل مراحل زیر است: 1. تهیه یک محلول شروع، معمولا حاوی آلکوکسیدهای فلزی M(OR) n، که در آن M سیلیکون، تیتانیوم، روی، آلومینیوم، قلع، سریم و غیره است، R قلیایی یا آریل است. 2. تشکیل ژل به دلیل واکنش های پلیمریزاسیون. 3. خشک کردن; 4. عملیات حرارتی. هیدرولیز در حلال های آلی انجام می شود

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

سپس پلیمریزاسیون و تشکیل ژل اتفاق می افتد

mM(OH) n(MO) 2 + 2mH 2 O.

روش پپتیزاسیونهنگام شستن رسوب، پپتیزاسیون، پپتیزاسیون رسوب با الکترولیت وجود دارد. پپتیزاسیون با سورفکتانت ها؛ پپتیزاسیون شیمیایی

پپتیزاسیون هنگام شستشوی رسوب به حذف الکترولیت از رسوب کاهش می یابد که باعث انعقاد می شود. در این حالت، ضخامت EDL افزایش می یابد، نیروهای دافعه یونی-الکترواستاتیکی بر نیروهای جاذبه بین مولکولی غالب می شوند.

پپتیزاسیون رسوب با الکترولیت با توانایی یکی از یون های الکترولیت برای جذب روی ذرات مرتبط است که باعث تشکیل DES روی ذرات می شود.

پپتیزاسیون با سورفکتانت ها ماکرومولکول‌های سورفکتانت جذب شده روی ذرات، یا به آن‌ها بار می‌دهند (سورفکتانت‌های یون‌زا) یا یک سد حل‌شوندگی جذبی تشکیل می‌دهند که از چسبیدن ذرات به هم در رسوب جلوگیری می‌کند.

پپتیزاسیون شیمیایی زمانی اتفاق می افتد که ماده ای که به سیستم اضافه می شود با ماده ای در رسوب واکنش می دهد. در این حالت یک الکترولیت تشکیل می شود که یک DES روی سطح ذرات تشکیل می دهد.