АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

11.1. Измерение электрофоретической подвижности и дзета-потен­циала

Электрокинетические показатели, основанные на наличии вокруг частиц взвеси двойного электрического слоя, являются в настоящее время важнейшими показателями, которые могут характеризовать про­цессы очистки воды. К электрокинетическим показателям относятся: электрофоретическая подвижность частиц, дзета-потенциал, и потен­циал протекания. Электрофоретическая подвижность и дзета-потенциал взаимосвязаны друг с другом.

В лабораторных условиях наиболее точно электрофоретическую подвижность измеряют методом микроэлектрофореза. Установка для микроэлектрофореза (рис.32 ) состоит из источника постоянного тока 1,

Рис.32 . Установка для микроэлектрофореза

измерительной камеры 2, неполяризующихся электродов 3, и микроско­па 4. Исследуемая проба заливается в камеру 2, где создается с помощью источника тока 1 постоянное электрическое поле. Затем с помощью мик­роскопа и секундомера измеряется скорость движения частиц под действи­ем электрического тока.

Наблюдения под микроскопом производятся в тем­ном поле зрения. При этом видно светящиеся движущиеся частицы. электрофоретическая подвижность определяется по формуле:

, см²/В ,

где V - скорость движения частиц в горизонтальном направлении, см/с;

L - расстояние- между электродами, см;

U - разность потенциалов между электродами, В. Величину дзета-потенциала можно определять по упрощенной формуле:

ДП = 1,4 , мВ,

где - вязкость воды в сзнтипуазах.

Метод микроэлектрофореза является точным, но трудоемким. Для упрощенных измерений, не требующих высокой точности рекомендуется использовать амперометрический метод [46]. Схема установки для амперометрического метода приведена на рис.33.

Рис.33. Установка для амперометрического метода измерения злект-рофоретической подвижности

Установка содержит измерительную камеру круглого сечения 1 с электродами, источник постоянного тока 2; миллиамперметр 3; самописец 4 и переключатель полюсов 5.

В камере 1 создается постоянное электрическое поле, под действием которого частицы взвеси двигаются в противоположно заряженному электроду. Разряжаясь у электрода, эти частицы изменяют силу тока, которая фиксируется миллиамперметром 3.

Когда все заряженные частицы дойдут до противоположно заряженного электрода, ток выравнивается и дальше остается постоянным. Кривая изменения силы тока фиксируется самописцем 4 ( рис.34 ).

С помощью этой кривой определяется скорость движения частиц по формуле:

,

где L – расстояние между электродами;

t - время от подачи напряжения на электроды до выравнивания

силы тока (точка М на рис. 34). Затем вычисляется электрофоретическая подвижность взвеси.

Рис.. 34 . Кривая изменения силы тока

В Вологодском государственном техническом университете разработан простой и быстрый способ измерения электрофоретической подвижности, названный весовым. Этот способ не требует использования сложной аппаратуры и значительных затрат времени на выполнение измерений [47]. Схема установки для осуществления этого способа приведена на рис. 35.

Установка содержит измерительные цилиндры 1 и 2 , распредели­тельную воронку З, чашечки 4 и 5 весов 6 и 7, систему 8 для отвода исследованной суспензии, задвижку 9, электроды 10 и 11, подключен­ные к источнику постоянного тока, задвижку 12. Кроме того, на схеме устройства обозначены: глубина погружения чашечки в суспензию h и расстояние между электродами s.

Электрофоретическая подвижность частиц суспензии по предлага­емому способу определяется следующим образом. Цилиндры 1 и 2 являются проточными. Перед измерением закрывается задвижка 9. Цилиндры заполняются суспензией и в момент их за­полнения (когда суспензия достигнет верха цилиндров) закры­вается задвижка 12, включается устройство для измерения времени (например, секундомер) и включаются в работу весы 6 и 7. В этот же момент (или раньше) между электродами 10 и 11 создается однородное (постоянное) электрическое поле.

Через произвольный промежуток времени t₁, когда на чашечках 4 и 5 весов задержалась определенная часть взвеси, определяется масса этой взвеси на каждой чашечке Р_I и Р_II.

Сравнивая массы Р_I и Р_II, определяют знак электрокинетическо­го потенциала взвеси. Когда на электрод 10 подается "-", а на электрод 11 "+" , то если Р_I<Р_II, это значит, что частицы взвеси двигаются к положительно­му электроду. Следовательно, знак электрического потенциала отри­цательный.

Рис. 35 . Установка для весового определения электрофоретической подвижности

Соответственно, если Р_I >Р_II, то знак положительный, и если Р_I =Р_II, то электрокинетический потенциал) равен нулю.

Предположим, Р_I<Р _II. В этом случае для цилиндра I продолжают отсчет времени оседания частиц до тех пор, пока не будет достигну­то равенство Р_I =Р_II. Промежуток времени от начала опыта до достижения этого равенства обозначается t₂.

Определяется гидравлическая крупность частиц, осевших на ча­шечку 4 в цилиндре 1 за время t₂ :

.

После этого определяется условная гидравлическая крупность частиц, осев­ших на чашечку 5 в цилиндре 2:

.

Условной она названа потому, что состоит из двух составляющих - действительной гидравлической крупности U_II и электрофоретической скорости U_э:

.

Так как в цилиндрах I и II находится одна и та же проба воды,

можно считать: . Отсюда: .

Зная градиент потенциала установленный между электродами:

,

где U – разность потенциала между электродами 10 и 11, определяют электрофоретическую подвижность частиц взвеси.

Аналогично, если Р_I >Р_II, то:

.

Для выполнения измерений в автоматическом режиме этим спосо­бом разработан измерительный прибор дзета-метр [45], позволяющий производить измерения за 30-40 секунд.

11.2. Измерение потенциала протекания

Злектрокннетические явления также играют важную роль в процессах очистки воды методами отстаивания и фильтрования. Процесс фильтро­вания легко контролируется путем измерения потенциала протекания [48]. Прибор для измерения потенциала протекания (рис 36) содержит измери­тельную разборную колонку 1 с электродами 2.

Колонка загружается фильтрующей загрузкой, через которую пропускается очищаемая вода. При этом поток воды сначала движется вниз внутри колонки, а затем вверх вдоль ее наружных стенок. Такое движение воды предотвращает возникновение конвенционных токов. При движении волы на электродах возникает разность потенциалов, которая обусловлена наличием злектрокинетического заряда фильтрующей загрузки.

Эта разность потенциалов контролируется обычным электроизмерительным прибором. По ее величине вычисляется потенциал протекания, характеризующий сте­пень загрязнения фильтрующей загрузки.

Рис. 36 . Прибор для измерения потенциала протекания

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 474; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!