Методы очистки дисперсных систем

Очистку дисперсных систем можно проводить либо методом диализа, либо ультрафильтрацией.

Диализ заключается в извлечении из золей низкомолекулярных веществ чистым растворителем с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны), через которую не проходят коллоидные частицы. Периодически или непрерывно сменяя растворитель в приборе для диализа – диализаторе (рис. 2), можно практически полностью удалить из дисперсных систем примеси электролитов низкомолекулярных неэлектролитов.

Рис. 2. Схема диализатора:

А – дисперсная система; Б – растворитель (вода);

М – мембрана

Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Электродиализ – это процесс диализа, для быстрого проведения которого используется электрический ток. Прибор для его осуществления называют электродиализатором (рис. 3).

Рис. 3. Схема электродиализатора с пористыми мембранами

Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разделенный двумя мембранами на три камеры. В среднюю камеру наливают золь, который необходимо очистить, а в две боковые камер наливают среду. В катодную и анодную камеры ионы проходят сквозь поры в мембранах под действием приложенного электрического напряжения.

Первоначально для электродиализа использовали те же мембраны, что и для диализа, то есть коллодий, целлофан. Для ускорения очистки мембраны часто изготавливают из ионообменных смол (рис. 4).

Рис. 4. Схема электродиализатора с ионообменными мембранами

К преимуществам ионообменных мембран следует отнести высокую селективность, то есть избирательность к переносу катиона или аниона при наложении электрического поля. В электродиализаторах обычно с одной стороны камеры устанавливают анионообменную мембрану, а с другой – катионообменную. В анионообменных мембранах в матрице смолы фиксированы катионные группы, например , заряд которых нейтрализован зарядом подвижных анионов. В водных растворах подвижные анионы могут замещаться (OH^– на Cl^– или SO₄^2–). Электростатическое отталкивание препятствует внедрению в анионообменную мембрану катионов. По тем же причинам в катионообменные мембраны, содержащие фиксированные группы типа –SO₃^2–, СOО^–, затруднено внедрение анионов.

Ультрафильтрация – фильтрование дисперсной системы через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят, создавая разность давления на мембране, понижая давление под мембраной (создавая разрежение, вакуумируя) или повышая давление над мембраной. Для предотвращения разрыва мембраны ее помещают на твердую пористую пластинку (рис. 5).

Рис. 5. Схема установки для ультрафильтрации:

А – дисперсная система; В – воронка;

М – мембрана; П – пластина с отверстиями; У – ультрафильтрат

Ультрафильтрация позволяет быстрее очистить дисперсные систем от низкомолекулярных электролитов и неэлектролитов, чем это происходит при диализе. При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золя, периодически разбавляя последний водой.