Bài giảng hóa kỹ thuật môi trường chương 5 ths lê nguyễn kim cương

TÊN MÔN HỌC: HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 5: HỆ KEO 1 Giảng viên: ThS Lê Nguyễn Kim Cương ThS Nguyễn Văn Phương Hi u #∃% c quá trình hình thành h ∋ keo... Tính chất hấp phụ Trong dun

TÊN MÔN HỌC:

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 5:

HỆ KEO

1

Giảng viên:

ThS Lê Nguyễn Kim Cương

ThS Nguyễn Văn Phương

Hi u #∃% c quá trình hình thành h ∋ keo.

() c # i m, tính ch , t h ∋ keo.

− ng d / ng vào trong k 1 thu 4 t môi tr ∃5 ng

CHƯƠNG 5: HỆ KEO

3

5.1 CẤU TẠO MIXEN KEO

5.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO

5.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỆN

THẾ ZETA ( ζ )

5.4 ĐỘ BỀN VÀ SỰ KEO TỤ

5.5 ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ

H% keo, còn g7i là h phân tán cao, là m9t h∋

th:ng có hai th c;a v4t ch,t, m9t d<ng h=n h% >

gi?a h n h∃p &∋ng nh)t và h n h∃p không &∋ng

nh)t.

Trong m9t h∋phân tán keo, các gi7t nh≅hay h<t

nh≅ c;a m9t ch,t, ch)t phân tán, #∃%c phân tán trong m9t ch,t khác, môi tr+,ng phân tán.

Trong m9t h∋ keo cao phân tΑ, các ch,t cao phân tΑ #∃%c phân tán trong m9t m9t tr∃5ng #Βng

nh,t (môi tr∃5ng phân tán)

H KEO

Phân lo i các h ∋ keo

Ch , t phân tán

Môi

tr ∃5 ng

phân

tán

Khí

Không có: t , t c ∆

các khí #Ε u có th

hòa tan #∃% c

Aerosol l ≅ ng ( khí dung ), Thí d / : ∃& ng mù

Aerosol r Χ , Thí d / : / i , Khói xe

L ng

B 7 t

Thí d / : Kem s ? a

# ánh #) c

Nh Φ ∃& ng , Thí d / : ? a , máu

Sol (Dung d Γ ch keo), Thí d / : & , m Ι c

R Χ

B 7 t r Χ ,

Thí d / : Polystyrene ,

# á b 7 t

Gel , Thí d / : Gelatin ,

m ϑ t , phó mát ,

ng 7 c m Χ t mèo

Sol r Χ (Dung d Γ ch keo r Χ n), Thí d / : Th ; y tinh Ruby

5.1 C U T O MIXEN KEO

1) Nhân trung hoà & i − n.

2) L / p h ) p ph 0 3) L / p khu 2 ch tán

Cấu tạo của mixen gồm:

Hình 5.1 Cấu tạo hạt keo

Nhân

Ion tạo thế

Ion đối

Lớp khuếch tán

5.2 CÁC TÍNH CH T C A H KEO

5.2.1 Tính ch , t quang h 7 c - Hi ∋ u ϑ ng Tyndall

5.2.2 Tính ch , t h , p ph /

5.2.3 Tính ch , t #9 ng h 7 c c ; a h ∋ keo

5.2.4 Tính ch , t i ∋ n h 7 c

5.2.1 Tính ch t quang h c - Hi u ng Tyndall

v Khi chi u chùm tia sáng qua m t bình ng dung

d ch keo, ta th,y có chùm tia sáng hình nón (hi∋

t∃%ng#ó không th,y>dung dΓch th4t), hi∋ ϑng này

#∃%c g7i là hi∋ ϑng Tyndall, nguyên nhân do:

§ H3t keo có tính tán x ánh sáng.

§ Ph4n l/n các h−keo có kh n ng h p th−ánh

sáng.

5.2.2 Tính chất hấp phụ

Trong dung dịch điện ly các hạt keo có tính chất:

► Hấp phụ đặc trưng

► Hấp phụ chọn lọc

► Hấp phụ trao đổi

Nếu hạt keo có điện tích dương (+) nó chỉ hấp phụ ion

âm ( –) và ngược lại

5.2.2 Tính ch t h p ph (tt)

v H,p ph/ch7n l7c: bΕm)t h<t keo sΛ ∃u tiên h,p ph/

t3o nên b5 m6t ch)t h)p ph0 (nhân keo) ho6c

nh ng ion &∋ng hình v/i ion có trong b5 m6t v9t

r:n.

(ion#:i)

§ NΚu trong dung dΓch có nhiΕu ion#:i thì bΕm)t sΛ

5.2.2 Tính ch t h p ph (tt)

§ Trong dung dΓch n∃Μc thϑ tΙ h,p ph/∃u tiên là:

Cation hóa tr; 1: Cs+> Rb+> K+> Na+>Li+

Cation hóa tr; 2: Ba+2 >Sr+2 >Ca+2> Mg+2

Anion hóa tr; 1: I-> NO3-> Br -> Cl-> F

-15

5.2.3 Tính chất động học của hệ keo

16

Click to add Title

1 1 Sự khuếch tán

Click to add Title

2 2 Chuyển động Brown

Click to add Title

1 3 Áp suất thẩm thấu

Khu ch tán là s v4n chuy n v4t ch,t tΝvùng

có nΒng #9 cao #Κn vùng có nΒng #9 th,p d∃Μi

∆nh h∃>ng c;a chuy #9ng nhi∋t h=n lo<n

Do có kích th∃Μc lΜn nên các h<t keo chuy

#9ng vΜi v n t c th p h&n các ion, phân tΑ

Click to add Title

1 1 S = khu 2 ch tán

H<t keo luôn> tr<ng thái chuy #9ng h=

lo<n C∃5ng #9 chuy #9ng gi∆m nhanh khi kích th∃Μc h<t tΟng

Do chuy #9ng h=n lo<n, nên các h<t keo khó lΧng xu:ng chính là nguyên nhân làm h∋ keo bΕn

Click to add Title

2 2 Chuy n &? ng Brown

Chuyển động Brown bề mặt

Áp su , t th Π m th , u c ; a dung d Γ ch keo

nh h n nhi u so v Μ i dung d Γ ch th 4 t so v Μ i

cùng # i Ε u ki ∋ n nhi ∋ t #9 , n Β ng #9 , tr 7 ng

l ∃% ng Nguyên nhân do các h < t trong dung

d Γ ch keo b Γ gi ∆ m # i do s Ι t 4 p h % p các phân

t Α , ion thành h < t keo.

Click to add Title

1 3 Áp su ) t th m th ) u

5.2.4 Tính ch t i n h c

+

+ +

+

Thí nghi ∋ m Rays (1807 t < i (< i H 7 c T Θ ng H % p M < c T ∃

Khoa) v Ε s Ι chuy n d Γ ch c ; a h ∋ keo trong # i ∋ n tr ∃5 ng

Hi n t ng i n chuy n

Mô t∆thí nghi∋m, xem giáo trình

Các h<t sét (pha rΧn) tích#i∋n âm chuy #9ng

t∃&ng #:i vΜi n∃Μc (pha l≅ng) vΕ A d∃Μi tác d/ng

c; #i∋n tr∃5ng Hi∋n t∃%ng #ó g7i là hi n t ng

i n chuy n.

N+/c (pha l ng):&óng vai trò phân tán chuy n

ng t+%ng &Βi v/i pha r:n v5K d+/i tác d0ng c a

&i−n tr+,ng Hi−n t+∃ng &ó g∆i là hi%n t ng i n

th m tách.

hiện tượng điện thẩm tách

24

Pha lΑng chuy n ng v i pha r:n ã gây ra i−n

th2và#∃%c g7i là th ch y.

Pha r:n chuy>n ng t+%ng &Βi v/i pha lΑng sΕ

t3o ra&i−n th2 #∃%c g7i là th sa l ng.

5.2.4.2 Điện tích kép – thế điện động

25

Hình 5.5 S l p i n tích kép

Hình 5.6 S c u t o l p h p ph và l p khu ch tán

-+ + + + + + + +

-Pha r C n Pha l @ ng

+ + + +

-Pha r Χ Pha l ≅ ng

+ + + + + + + +

Hình 5.7 S phân b ion i và ion t o th

Hi u s i n th gi a ph n không chuy n

ng và ph n chuy n ng c a l p i n tích

kép ∃%c g7i là thΚ #i∋ #9ng zeta (ξ)

(i∋n thΚ gi?a hai pha rΧn – l≅ng : th nhi t

ng.

Hi ∋ u s : # i ∋ n th Κ t Θ ng th gi ? a các pha #∃% c tính theo công

th ϑ c:

ϕ= Ψ1 + ξ

Trong&ó:

Ψ1: b ∃Μ c nh ∆ # i ∋ n th Κ gi ? a hai pha r Χ n – l ≅ ng

ξ : b ∃Μ c nh ∆ # i ∋ n th Κ trong l Μ p khu Κch tán (hay th2 &i−n

&?ng)

Quan h gi a ξvà ϕ

Trong dung d Γ ch khá loãng : ξ =ϕ vì ψ1 0

Trong&ó:

ϕ : # i ∋ n th Κ gi ? a hai pha r Χ n – l ≅ ng (hay th Κ nhi ∋ t #9 ng)

Th Κ nhi ∋ t #9 ng: ξ=ϕ-ψ1

Th Ι c nghi ∋ m cho th , y r Ρ ng th Κ # i ∋ #9 ng không ch Σ nh ≅ h n

th Κ nhi ∋ t #9 ng ( ξ < ϕ ) mà hai #< i l ∃% ng # ó còn thay #Θ i r , t khác nhau d ∃Μ i ∆ nh h ∃> ng c ; a nhi Ε u y Κ u t :

5.3 CÁC Y U T NH H NG N

I N TH ZETA ( ζ )

5.3.1 Υ nh h ∃> ng c ; a ch , t i ∋ n ly

5.3.2 Υ nh h ∃> ng c ; a pH

5.3.3 Υ nh h ∃> ng c ; a nhi ∋ t #9

5.3.4 Υ nh h ∃> ng c ; a n Β ng #9

5.3.1 nh h ng c a ch t i n ly

v Giá trΓ ξph/thu9c vào l∃%ng các ion c;a lΜ

khuΚch tán, nΚu bΡng cách nào #ó thay #Θi vΕ

l∃%ng và vΕd u c;a ion>lΜ #ó thìξph∆i thay#Θi

vΕl∃%ng cΦng nh∃vΕd u

v Khi thêm ch,t #i∋n ly vào h∋, thΚ nhi∋t #9ng

h u nh∃ không thay #Θi, còn th i n ng ξ b

gi m xu ng.

Th nhi t ng #∃%c xác #Γnh theo ph∃&ng trình:

0

ln

j =

Trong &ó:

ϕ th Κ nhi ∋ #9 ng

C n Β ng #9 (ho < #9 ) c ; a cation kim l 7 ai trong dung

d Γ ch

C0 #< i l ∃% ng c : #Γ nh #) c tr ∃ ng cho kim l 7 ai ( # i ∋ n c Ι c)

Z hóa tr Γ c ; a kim l 7 ai

F h ng s : Faraday

R h ng s : khí

T nhi ∋ #9 tuy ∋ #: i

ϕ

• ThΚ #i∋ #9ng ξgi∆m xu:ng cho #Κn khi = 0 và

h∋ #<t tr<ng thái mà chúng ta g7i là tr ng thái

ng/i%n: ξ = 0 ;ϕ = ψ1

• Các ion i nào có kh n ng h p ph l≅n nh9các ion hóa trΗ cao có kh n ng làm gi m m nh i n

th ξ.

• (:i vΜi nh?ng ion có hóa trΓgi:ng nhau, kh∆n ng

h p ph/bΓph/thu9c vào bán kính ion

• Càng tΟng ch, #i∋n ly thìξcàng gi∆m và tΜi m9t lúc nào #ó sΛ #<t tΜi ξ = 0 Sau #ó tiΚp t/c tΟng

cΦng sΛkhông còn tác d/ng n?a

5.3.2 nh h ng c a pH

pH có∆nh h∃>ng lΜ #Κnξc;a h<t keo vì H+,

OH-có kh∆n ng h,p ph/lΜn

Trong các dung dΓch mà pha phân tán có tính

ch,t l∃Ξng tính nh∃ Al(OH)3 thì sΙ biΚn thiên pH

c;a môi tr∃5ng có th gây ra sΙ #Θi d, #i∋n c;

h t keo do sΙ thay #Θi tính ch,t ion hóa c;a các

phân tΑtrong pha phân tán

5.3.3 nh h ng c a nhi t

#i∋ #9ng tΟng

M)t khác khi nhi∋t #9 tΟng l<i làm tΟng quá trình

gi∆i h,p ph/các ion t<o thΚdo# ϕvàξgi∆m

Khi gi∆m nhi∋t#9thì quá trình sΛx∆y ra ng∃%c l<i

Vì v4y, khi thay #Θi nhi∋t #9, giá trΓξ sΛdiΨn biΚ

theo chiΕu nào là tùy thu9c#iΕu ki∋n c/th nghiên cϑu

5.3.4 nh h ng c a n ng

Khi pha loãng thìξph i tΟng lên, vì bΕdày c a

l p#i n tích kép tΟng

Tuy nhiên, khi pha loãng l i x∆y ra s h p ph

c;a ion t<o th kh i bΕm t c;a pha phân tán làm

cho thΚnhi∋t ngϕgi∆m xu ng vàξc ng gi∆m

Khi làm m#)c thì quá trình x∆y ra ng c l<i

Nh∃v4y, ξ theo chiΕu nào tùy theo các #iΕ

ki∋n c/th c;a hai yΚu t:: m c làm dày l p i∋

tích kép và mϑc gi∆i h,p ph/c;a ion t<o thΚ

5.4 B N VÀ S KEO T

5.4.1 b n ng h c và b n t p h p.

o b Ε n ng h c là b Ε n do y Κ u t :

chuy n ng Brown gây nên.

o b Ε n t 4 p h % p là do các h < t keo tích

# i ∋ n cùng d , y nhau và h < t keo có l Μ p v ≅

solvat bao quanh, ng Ο n c ∆ n tác d / ng va

ch < m tr c ti Κ p gi ? a chúng v Μ i nhau.

Tr<ng thái c;a h∋keo#∃%c#)c tr∃ng bΡng hi∋u s:

gi?a l c#Πy và l c hút:

P – Q = U.

V i U: “hàng rào n ng l ng” (khi U t giá tr∆ c:c

i thì m i g i là hàng rào n ng l ng)

=> Hàng rào n ng l ng là n ng l ng t i ó hi u

gi a l c y t nh6i%n và l c hút phân t t giá tr c c i

5.4.2 Thuy t b n c a h keo

5.4.2 Thuy t b n c a h keo (tt)

chuy n # ng c;a b∆n thân có nOng l∃%ng tri h&n

“hàng rào nOng l∃%ng” U#ó thì lIc Q tΟng# t ngt và

(Brown<U)

gi∆mξ, lIc#y tZnh#i'n P gi∆m và quá trình keo t/có

th x∆y ra

5.5 NG H C C A QUÁ TRÌNH KEO T

Ng i ta chia ra hai d<ng keo t/: keo t/nhanh

và keo t/ch m

Trong keo t nhanh: Quá trình keo t/ nhanh

x∆y ra t c kh c khi ξ= 0 và t:c keo t/không

ph/thu c vào n ng ch t#i n ly

ΦΒi v/i keo t0 ch m: T:c keo t/ trong

tr∃5ng h%p này ph/thu c vào nΒng ch,t #i n

ly Khi ch∃a thêm ch,t#i n ly, quá trình keo t n

#ã x∆y ra nh∃ng v i t:c nh

Li Ε u l ∃% ng ch , # i ∋ n ly

Nhanh

Ch 4 m

[ n

v

C

Hình 5.15 T c keo t ph thu c vào li u l ng ch t

i n ly

KEO TỤ VÀ TẠO BÔNG CẶN

Các ch , t keo t / th ∃5 ng #∃% c s A d ng là mu : i s  t hay nhôm có hóa tr G 3.

Các ch , t t < o bông c ) n th ∃5 ng #∃% c s Α d ng là các ch , t h ? u c & cao phân t Α

nh ∃ polyacrilamid Vi ∋ c k Κ t h % p s Α d ng các ch , t h ? u c & cao phân t Α v i các

mu : i vô c & ∆ i thi ∋ # áng k kh ∆ Ο ng t < o bông c ) n.