РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Приготовление модельной воды. Как показали приведенные в обзоре данные, большинство сведений о продуктах гидролиза солей алюминия получено для совершенно различных природных вод, обладающих разными параметрами дисперсионной среды, к тому же содержащих определенные (часто неидентифицированные) дисперсные примеси. Это не только затрудняло трактовку полученных данных, но и не давало возможности сравнить имеющиеся в литературе данные различных источников между собой. Поэтому в данной работе исследование коллоидно-химических параметров частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия, в том числе в присутствии растворимых добавок (гуминовых веществ и синтетических полиэлектролитов) проводили на строго охарактеризованных моделях природной воды. Последние готовили на основе бидистиллята, что давало возможность в широких пределах регулировать параметры воды, такие как рН. ионную силу раствора, щелочность, и в то же время исключить наличие дисперсных примесей, осложняющих процессы формирования частиц продуктов гидролиза солей алюминия и их агрегатов. Ионную силу (Io) модельной воды варьировали с помощью раствора КСl, заданную величину щелочности (Щ) устанавливали добавлением NaHCO3. Корректировку исходного рН системы (т.е. рНо) проводили внесением определенного объема 0,1 моль/л HCl или KOH. Исходные параметры модельной воды в ходе проводимых исследований изменялись в следующих диапазонах: Io =2,5.10-3 .... 2,5.10-1, Що=0,45....5,4 ммоль/л (по иону HCO3); рНо =6,7....10,5.
2.1.2. Характеристики исследуемых дисперсий. Использованы модельные дисперсии: положительно заряженные - суспензия монодисперсных меламиноформальдегидных частиц, золь гидроксида железа, дисперсия частиц продуктов гидролиза основных солей алюминия; отрицательно заряженные - монодисперсный латекс полистирола, золи иодида серебра и сульфида сурьмы, дисперсия диоксида кремния, фракционированные суспензии каолинита. Кроме того, были использованы практически важные дисперсии - марганцевых шламов, угольно-глинистые дисперсии, промышленные эмульсии типа м/в на основе промышленного эмульсола, транспортерно-моечные сточные воды сахарных заводов.
Безэмульгаторные дисперсии полистирола (ПС) получены эмульсионной полимеризацией перегнанного стирола с инициатором пероксодисульфатом калия [257]. Полученную дисперсию промывали спиртом, диализировали (с использованием дистиллированной воды в качестве боковой жидкости) до постоянного значения электропроводности жидкости во внешнем сосуде. В ходе диализа не происходила десорбция потенциалопределяющих ионов, что является значительным преимуществом безэмульгаторных латексов. Диаметр частиц использованных фракций латекса составлял 200, 490 и 690 нм (контроль с помощью электронного микроскопа УЭМВ-100), отклонение от среднего размера не превышало 5%.
Суспензии сферических монодисперсных частиц меламиноформальдегида (МФ) получали поликонденсацией меламина и формальдегида. В качестве катализатора использовали водный раствор муравьиной кислоты [258]. Полученную дисперсию чистили многократной декантаций, после чего - диализом против дистиллированной воды до постоянного значения ее электропроводности. Дисперсия МФ состоит из строго сферических монодисперсных частиц (отклонения от среднего размера не превышают 5%). В работе использованы фракции со средним диаметром 400, 1100 и 2100 нм. Обе дисперсии (МФ и ПС) обладали чрезвычайно высокой агрегативной устойчивостью в отсутствие агрегирующих добавок и могли быть использованы для исследований в течение ряда лет.
Отрицательно заряженный золь йодида серебра был получен по обычной методике [259]: 105 мл 0,3 М раствора KI разбавляли до объема 800 мл, к полученному раствору медленно и при постоянном перемешивании на магнитной мешалке приливали 100 мл 0,3 М раствора AgNO3. Полученный раствор разбавляли до 1 л и использовали в качестве исходного. Концентрация полученного золя составляла 30 ммоль/л при 5%-ном избытке иодида калия. Соли иодида калия и нитрата серебра марки "ч.д.а.", используемые для приготовления золя, дополнительно перекристаллизовывали. Полученный таким образом золь диализировали с постоянной сменой дистиллята во внешнем сосуде до достижения величины удельной электропроводимости указанной воды ? = 1.10-5 ом-1см-1. Учитывая чрезвычайную чувствительность золя к свету, его приготовление, диализ и хранение проводили в защищенных от света сосудах.
Получение золей сульфида сурьмы осуществляли пропусканием сероводорода в разбавленный (4,0 г/л) раствор виннокислого антимонил-калия K(SbO)C4H4O6 /1/2H2O до полного его насыщения. От избытка H2S избавлялись посредством продувания через раствор тока водорода [260]. Удельная электропроводимость золя составляла 1,8.10-4 ом-1см-1. Учитывая быстрое старение золя под действием кислорода воздуха, его всегда хранили в закрытых доверху заполненных сосудах.
Золи оксигидроксида железа FeO(OH) получали по методу Крекке добавлением 20%-ного раствора хлорного железа к кипящей воде [260] и диализировали до рН 4,9. Полученный таким образом золь устойчив в течение длительного времени. Форма его частиц близка к сферической со средним радиусом 41 нм; кривая распределения частиц по размерам имеет достаточно узкий пик (до 80% частиц с радиусом 35...45 нм).
Дисперсия частиц диоксида кремния содержала монодисперсные частицы SiO2 радиусом 313 нм. Методика получения такой суспензии приведена в [262]. Согласно [262,263], изоэлектрическая точка SiO2, полученная из данных о потенциометрическом титровании, находится в области рН 2,3.
Дисперсия марганцевых шламов состояла в основном из окислов марганца (MnO2, MnO), некоторых других окислов, карбонатов (СaCO3, MgCO3), глинистых дисперсных минералов (преимущественно бентонитов). Твердая фаза исследуемых образцов представлена тонкодисперсными частицами с диаметром, меньшим 40 мкм. Для проведения исследований размерно-плотностных характеристи