Методы очистки коллоидных растворов

Полученные тем или иным способом коллоидные растворы обычно очищают от низкомолекулярных примесей (молекул и ионов). Удаление этих примесей осуществляется методами диализа, электродиализа, ультрафильтрации.

ДИАЛИЗ

Диализ был разработан еще Грэмом в 1861 г. Коллоидный раствор, подлежащий очистке, наливают в сосуд, который отделен полупроницаемой мембраной от другого сосуда с чистой дисперсионной средой. В качестве полупроницаемой (т. е. проницаемой для молекул и ионов, но непроницаемой для частиц дисперсной фазы) мембраны применяют пергамент, целлофан, коллодий, керамические фильтры и другие тонкопористые материалы. В результате диффузии низкомолекулярные примеси переходят во внешний раствор.

В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, обеспечивающих более быстрый процесс очистки. Интенсификация диализа достигается:

• увеличением поверхности мембран;

• уменьшением слоя очищаемой жидкости;

• частотой или непрерывной сменой внешней жидкости;

• повышением температуры (ускорение диффузии).

ЭЛЕКТРО ДИАЛИЗ

Электродиализ обусловлен миграцией ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов порядка 40 В/см. Предложено много конструкций электродиализаторов. Схема относительно простого электродиализатора, применявшегося Паули, приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема ‘лектродиализатора.

Диализатор состоит из трех стеклянных камер, разделенных полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, на которые от внешнего источника постоянного тока подается разность потенциалов. В боковых камерах находится дистиллированная вода, которая непрерывно сменяется. Очищаемый золь, находящийся в средней камере, перемешивается мешалкой.

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ

Улътрафильтрацией называется диализ, проводимый под давлением во внутренней камере. По существу, ультрафильтрация является не методом очистки золей, а лишь методом их концентрирования.

Интересным примером сочетания диализатора и ультрафильтрации является аппарат «искусственная почка», предназначенный для временной замены функции почек при острой почечной недостаточности. Аппарат оперативным путем подключается к системе кровообращения больного. Кровь под давлением, создаваемым пульсирующим насосом («искусственное сердце») протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором. Благодаря большой рабочей площади мембран (~15 000 см²) из крови сравнительно быстро (3 – 4 часа) удаляются «шлаки» – продукты обмена и распада тканей (мочевина, креатин, ионы калия и т. д.).

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной пористостью, можно в известной мере разделить по размерам коллоидные частицы и одновременно приближенно определить их размеры. Этим способом были определены размеры частиц ряда вирусов и бактериофагов.

ОБРАТНЫЙ ОСМОС

При фильтрации растворов под давлением через мембраны с еще более тонкими порами, например, ацетатцеллюлозные (r 10^-7 см) происходит задержка не только дисперсных частиц, но и молекул и ионов в растворах тектролитов. Этот процесс, называемый гиперфильтрацией или обратным осмосом, широко применяется в настоящее время для очистки природных и технических вод. Принцип обратного осмоса представлен на рис. 6.2.

Рис.6.2. Обратный осмос.

В цилиндре 1 под поршнем 2 находится очищаемый раствор, который с помощью полупроницаемой мембраны 3 отделен от чистой воды 4. При отсутствии внешнего давления происходил бы обычный осмос – чистая вода проникала бы через мембрану в неочищенный раствор. Если внешнее давление на поршень больше осмотического, происходит обратный осмос – переход воды из очищаемого раствора в чистую воду. Растворенные примеси концентрируются в пространстве S.