CÁC TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH KEO

Trong nước mặt, nước ngầm cũng như nước thải, có rất nhiều chất hoà tan, chất keo, chất rắn lơ lửng (nước thải). Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước các chất keo tụ (coagulant). Các chất này sẽ trung hoà các điện tích của các hạt keo hoà tan trong nước, ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn của các ion giúp cho việc liên kết tạo bông keo tụ thuận lợi. Đối với nước thải có hàm lượng SS cao, quá trình keo tụ cũng có tác dụng lớn trong việc kết bông cặn để đến quá trình lắng sau đó sẽ loại được các bông cặn này, tức là đã giảm được một lượng SS đáng kể.

Dung dich keo

Hệ phân tán cao – hệ keo : δ = 1.10-6 – 1.10-4 mm Hệ keo là do hàng ngàn, hàng chục ngàn phân tử, nguyên tử, ion tập hợp lại – hệ keo là hệ dị thể.

1. Các tính chất của dung dịch keo:

– Tính chất quang học – Tính chất hấp phụ – Tính chất động học – Tính chất điện học

1.1 Tính chất quang học – Hiệu ứng Tyndall:

Khi chiếu chùm tia sáng qua một bình đựng dung dịch keo, ta thấy có chùm tia sáng hình nón ( hiện tượng đó không thấy ở dung dịch thật ), hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Tyndall.

Nguyên nhân do hạt keo có tính tán xạ ánh sáng, khi được chiếu sáng thì hạt keo trở thành một nguồn sáng mới, mổi hạt keo trên đường đi của tia sáng trở thành nguồn sáng nên khi chiếu chùm tia sáng qua dung dich keo thì thấy chùm sáng hình nón.

1.2 Tính chất hấp phụ:

Do có điện tích nên hạt keo có tính hấp phụ:

– Hấp phụ đặc trưng : nếu hạt keo có điện tích dương nó chỉ hấp phụ ion âm và ngược lại. – Hấp phụ chọn lọc :

Trong dung dịch keo có chất điện ly, bề mặt chất hấp phụ rắn (hạt keo) sẽ ưu tiên hấp phụ các ion theo thứ tự sau:

+ Ion tạo thế : là các ion có trong thành phần cấu tạo nên bề mặt chất hấp phụ ( nhân keo ) hoặc các ion có trong bề mặt vật rắn.

Ví dụ: chất hấp phụ là (AgI)n, trong dung dịch có I- , Cl- , Ca2+ , Mg2+ thì trước hết ion I- sẽ được hấp phụ trên bề mặt (AgI)n

+ Sau khi hấp phụ ưu tiên (I-), bề mặt vật rắn tích điện âm, nó sẽ hấp thụ các ion trái dấu (ion đối). Nếu trong dung dịch có nhiều ion đối thì bề mặt sẽ hấp phụ ion có điện tích lớn hoặc hấp phụ ion nào có bán kính (kể cả vỏ solvat) nhỏ nhất.

Trong dung dịch nước thứ tự ưu tiên là:

Cation hoá trị 1: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+

Cation hoá trị 2: Ba+2 > Sr+2 > Ca+2 > Mg+2

Anion hoá trị  1: I– > NO3– > Br– > Cl– > F–

– Quá trình hấp phụ có sự trao đổi ion giữa các hạt keo và môi trường được gọi là hấp phụ trao đổi. Ưng dụng trong làm mềm nước.

1.3 Tính chất động học của hệ keo:

– Sự khuếch tán: khuếch tán là sự vận chuyển vật chất từ vùng có nồng độ cao đế vùng có nồng độ thấp dưới ảnh hưởng của chuyển động nhiệt hỗn loạn dẫn đến sự san bằng nồng độ các hạt keo trong toàn thể tích của hệ. Do có kích thước lớn hơn nên các hạt keo có vận tốc chuyển động thấp haơn các ion, phân tử. – Chuyển động Brow: hạt keo luôn chuyển động hỗn loạn, nên các hạt keo khó lắng đây chính là nguyên nhân làm cho hệ bền. Cường độ chuyển động giảm nhanh khi kích thước hạt tăng. Các hạt keo có khối lượng tương đối lớn nên dưới tác dụng của trọng lực các hạt keo có xu hướng lắng xuống. – Ap suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu của dung dịch keo nhỏ hơn nhiều so với dung dịch thật so với cùng điều kiện nhiệt độ, trọng lượng, nguyên nhân do các hạt trong dung dịch keo bị giảm di do sự tập hợp các phân tử, ion thành hạt keo.

1.4 Tính chất điện học:

a. Hiện tượng điện động:

Các hạt sét tích điện âm chuyển độn vể phía Anốt dưới tác dụng của điện trường gọi là hiện tượng điện chuyển. Nước đóng vai trò pha phân tán chuyển động về Katốt dưới tác dụng của điện trường gọi là hiện tượng điện thẩm.

Khi cho dòng nước chảy qua một màng xốp đặt trong mà hai đầu có cắm điện cực thì kim của điện kế bị lệch. Hiện tượng đó chứng tỏ pha lỏng chuyển động với pha rắn đã gây ra điện thế gọi là thế chảy.

Khi cho cát thạch anh lắng trong ly đựng nước có cắp điện cực thì kim của điện kế cũng bị lệch. Như vậy pha rắn chuyển động tương đối với pha lỏng sẽ tạo ra điện thế gọi là thế sa lắng.

b. Thế điện động – Điện tích kép:

Trên ranh giới phân chia giửa hai pha có thành phần hoá học khác nhau sảy ra quá trình phân bố điện tích kèm theo sự chuyển các phân tử mang điện từ pha này sang pha khác, kết quả là điện tích được tạo thành trên bề mặt của một pha bằng điện tích của pha kia nhưng trái dấu. Như vậy đã có lớp điện tích kép được tạo thành.

Khi nhúng thanh kim loại dễ bị oxy hoá vào dung dịch điện ly thì ion của lưới tinh thể kim loại dễ bị hydrat hoá và chuyển vào dung dịch, trên bề mặt kim loại còn lại điện tử dư. Nhờ lực hút tĩnh điện ở vùng tiếp xúc với bề mặt tích điện âm của kim loại, các ion có điện tích dương (của dung dịch từ kim loại) tập trung lại. Như vậy trên ranh giới kim loại – dung dịch, xuất hiện lớp điện tích képcân bằng có thể xem như một tụ điện phẳng (gọi là lớp Helmholtz). Bề mặt bên trong mang điện tích âm ( – ), bên ngoài ( + ) còn khoảng cách δo vô cùng nhỏ bé bằng bán kính của ion solvat hoá.

Sự xuất hiện của lớp điện tích kép dẫn đến việc hình thành giữa hai pha điện thế φ

Giữa ion tạo thế và ion đối có lực hút tĩnh điện và do sự hấp thụ chọn lọc nên số ion đó bị ghì sát vào bề mặt pha rắn và tạo thành lớp hấp phụ (lớp không chuyển động). Tuy nhiên chỉ có một phần ion đối phân bố theo cấu tạocủa lớp Helmholtz, phần còn lại nằm sâu vào dung dịch tạo thành lớp khuếch tán. Các ion này chuyển động tương đối tự do nên lớp khuếch tán là lớp chuyển động.

Nhiều trường hợp số ion đối trong lớp Helmholtz lớn hơn số ion tạo thế khi đó các ion của lớp khuếch tán cùng dấu với ion tạo thế.

Thế điện động ( điện thế Zeta)

– Điện thế xuất hiện giữa lớp chuyển động và không chuyển động được gọi là thế điện động hay điện thế zeta: – Điện thế xuất hiện giữa pha rắn và pha lỏng gọi là thế nhiệt động : – Bước nhảy điện thế trong lớp hấp phụ: Quan hệ giữa ζ và φ:

φ = ζ + ψ1

hay ζ = φ – ψ1

trong dung dịch khá loãng: ζ = φ thì ψ1 tiến đến 0.

Nhận xét : ζ < φ ;ζ và φ thay đổi rất khác nhau dưới nhiều ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Ví dụ: khi thêm chất điện ly φ hầu như không thay đổi nhưng ζ thay đổi nhiều (do ζ phụ thuộc vào số lượng ion đối ở lớp khuếch tán mà lượng ion đối này phụ thuộc vào nồng độ củ chất điện ly).

 

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế zeta :

ζ là đại lượng đặc trưng cho độ bền của hệ keo. Các yếu tố ảnh hưởng: lượng chất điện ly, pH, nồng độ chất keo và nhiệt độ.

2.1. Chất điện ly:

– ζ phụ thuộc vào lượng ion đối của lớp khuếch tán, vậy khi thay đổi về lượng và dâu của chúng thì ζ cũng thay đổi theo.

– Khi thêm chất điện ly vào hệ φ không hề thay đổi, bằng thực nghiệm người ta thấy ζ giảm. Các ion của chất điện ly cùng dấu với ion ở lớp khuếch tánđã ép các ion này dần vào bề mặt của pha rắn, bề dày của lớp điện tích kép giảm đến khi bằng bề dày của lớp Helmholtz, giảm dần cho tới khi bằng 0 và hệ đạt trạng thái đẳng điện. ζ = 0 ; φ = ζ .

Bằng thực nghiệm người ta chứng minh được rằng các ion đối nào có khả năng hấp phụ lớn hơn cũng như các ion hoá trị cao làm giảm ζ mạnh. Đối với các ion có hoá trị giống nhau, khả năng hấp phụ sẽ phụ thuộc vào bán kính ion.

2.2 Ảnh hưởng pH:

– pH có ảnh hưởng lớn đến ζ vì H+, OH- có khả năng hấp phụ lớn. – Trong các dung dịch mà pha phân tán có tính chất kưỡng tính như Al(OH)3 thì sự biến thiên pH của môi trường có thể gây ra sự đổi dấu điện của hạt keo do sự thay đổi tính ion hoá của các phân tử trong pha phân tán. – Sự đổi dấu của ζ trong trường hợp thay đổi pH của môi trường chỉ khác với trường hợp thêm chất điện ly ở chổ: các ion tao thế mới sau khi đổi dấu không từ dung dịch chuyển vào hệ.mà được tạo nên chính từ chất tạo nên phan phân tán do sự thay đổi phản ứng ion hoá.

2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Nhiệt độ làm tăng chuyển động nhiệt của các ion đối, do đó độ dày của lớp vật liệu kép và thế điện động tăng khi nhiệt độ tăng. Mặt khác khi nhiệt độ tăng làm cho quá trình giải hấp tăng do vây làm giảm, khi ζ giảm nhiệt độ thì ζ tăng.

2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất keo:

Khi pha loãng lớp keo giãn ra, do đó ζ tăng. Cũng có trường hợp gây nên sự phản hấp phụ ion quyết định thế hiệu, do đó φ giảm kéo theo ζ giảm. Khi nồng độ đậm đặc thì tác dụng ngược lại.

Like Loading...

Related

Author: hoangtan2312

hoangtan