Файл: Захарченко В.Н. Коллоидная химия учебник.pdf

Все приведенные выше формулы применимы только для описания движения твердых сферических частиц. Для аэрозолей с жидкой дисперсной фазой предложены уравнения, учитывающие вязкость дисперсной фазы.

Вязкость газовой среды на несколько десятичных по­ рядков ниже вязкости жидкостей. Поэтому броуновское движение аэрозольных частиц более интенсивно, чем в лиозолях. Например, среднее квадратичное смещение частицы в воздухе, вязкость которого при 20 °С равна 1,80- ІО-4 спз, должно превышать среднее квадратичное смещение таких же частиц в воде (ее вязкость равна приблизительно 1 спз)

в 5000 раз.

Экспериментальные исследования подтверждают при­ менимость теории броуновского движения Эйнштейна и Смолуховского. Однако и в этом случае необходимо учи­ тывать отношение длины свободного пробега молекул к размерам частиц дисперсной фазы. При X/r< 1 формула Эйнштейна—Смолуховского выполняется в виде

заряд либо в процессе своего образования, либо находясь во взвешенном состоянии. Образование заряженных час­ тиц наблюдается при разбрызгивании полярных жидкос­

В атмосфере всегда присутствуют ионы, появление которых вызвано, в частности, действием естественной ра­ диации. Для получения заряженных аэрозолей в промыш­ ленном масштабе концентрация атмосферных ионов недос­ таточна. В этих случаях ионизацию воздуха вызывают с помощью различных методов. Наиболее распространена ионизация с помощью коронного электрического разряда. Она положена в основу электроосадителей — аппаратов, предназначенных для очистки газов от частиц дисперсной фазы.

170

Промышленные установки, в которых применяется электростатическое поле для улавливания заряженных частиц, называются электрофильтрами. Схема одной из конструкций электрофильтра показана на рис. 82. Катодом в этой установке служит металлический стержень. В зоне,

держивая частицу в витающем состоянии, можно, напри­ мер, изучать броуновское движение, причем с одной и той же частицей можно проводить до нескольких тысяч из­ мерений.

Т е р м о ф о р е з и ф о т о ф о р е з а э р о з о л ь ­

171

Наиболее удобно наблюдать термофорез при боковом освещении аэрозоля. Подобно тому, что наблюдается в ультрамикроскопе, на черном фоне частицы аэрозоля при достаточно интенсивном освещении видны как светящиеся точки. Если в освещаемую таким способом систему помес­ тить нагретое тело, то можно обнаружить, что на некото­ ром расстоянии от него частицы дисперсной фазы практи­ чески отсутствуют. Возле нагретого тела появляется зона, в которой нет частиц, рассеивающих свет. Эта зона назы­ вается темной (таким названием подчеркивается отсут­ ствие рассеяния света) или обеспыленной (это название дается потому, что в ней не содержатся аэрозольные час­ тицы). Толщина зоны, не содержащей частиц дисперсной фазы, зависит от разности температур нагретого тела Т і и газовой среды Т„. По данным Уотстона, толщина тем­ ной зоны А определяется по формуле

где К и b — постоянные; h — конвекционная потеря тепла с единицы поверхности тела.

Термофорез вызывается тем, что удары молекул со стороны нагретого тела и со стороны объема среды различ­ ны, так как вблизи нагретого тела кинетическая энергия молекул дисперсионной среды выше. На поверхность частицы, обращенную к нагретому телу, передается боль­ ший момент количества движения. Теория термофореза разработана Б. В. Дерягиным, С. П. Банановым и Ю. И. Яламовым. В последнее время Дерягин и Яламов распространили теорию на случай термофореза капель летучих веществ. Термофорез проявляется также в оседа­ нии аэрозольных частиц на холодных предметах, распола­ гаемых вблизи источников тепла. Это явление, называе­ мое термопреципитацией, используется для осаждения частиц газовой фазы.

К термофорезу близко явление, названное Эренхафтом фотофорезом. Фотофорезом называется упорядоченное дви­ жение частиц дисперсной фазы аэрозоля при интенсивном освещении. Существуют положительный и отрицательный фотофорез. Первый проявляется как движение частиц от источника света, второй, наоборот, характеризуется дви­ жением частиц по направлению к источнику света. В мак­ симальной мере фотофорез наблюдается в случае окрашен­

172

стабилизации, характерных для лиозолей, во многих слу­ чаях скорость их естественной коагуляции недостаточна. Это в первую очередь относится к процессам очистки га­

певали осесть на пластине, Наиболее эффективны ка­ меры, в которых расстояние между пластинами мало.

Для очистки газов от более мелких частиц используют центробежную силу. Широкое практическое применение нашли аппараты, называемые циклонами. Циклон

573

(рис. 83) — цилиндрический резервуар с коническим дни­ щем. Газ, содержащий частицы дисперсной фазы, вводится в циклон по касательной к стенке цилиндра и, совершая вращательное движение в аппарате, выбрасывается в ат­ мосферу или поступает на дальнейшую обработку. С по­ мощью циклона осаждают частицы более 1 мкм.

Распространена очистка газов от аэрозольных частиц фильтрованием. Чаще всего применяют бумажные, асбес­ товые и тканевые фильтры. Наиболее тонкая очистка дос­ тигается на фильтрах из пористых керамических материа­ лов (поролитовые фильтры). На стр. 171 рассмотрено ус­ тройство одного из наиболее эффективных устройств для очистки газов — электрофильтра. В электрофильтрах дос­ тигается прочное прилипание частицы к поверхности.

Следует отметить, что способность частиц прилипать к поверхности существенно влияет на работу очистного уст­ ройства. Смазки улучшают прилипание; влияют не только свойства смазочного материала, но и толщина его слоя на поверхности.

Осаждение жидких капель на поверхности, смоченной этой же жидкостью, приводит к слиянию капли с жид­ костью. Однако столкновение жидких частиц с жидкой поверхностью или друг с другом может быть упругим. От­ ражение водяных капель при столкновениях наблюдал Релей, который установил некоторые особенности этого явления. На эффективность столкновений влияет, в част­ ности, содержание газов, хорошо растворимых в воде. Б. В. Дерягин и П. С. Прохоров показали, что слияние водных капель облегчается с повышением влажности га­ зовой среды.

Эффективность использования аэрозолей в медицин­ ской практике изучают на аэрозолях практически без­ вредных веществ (Хлористого натрия, окислов железа

и др.). С их помощью удалось установить степень осажде­ ния частиц в дыхательной системе как от размера частиц, так и от режима дыхания.

Пены. Для получения пен через раствор пропускают газ или же раствор просто встряхивают на воздухе. Так как в чистых низковязких жидкостях пены .обычно не об­

174