Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СТРУКТУРУ ГИДРОКСИДОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ СУШКИ

Сушка гелей гидроксидов металлов - весьма сложный процесс, зависящий от большого числа факторов, связанных с природой высушиваемого материала, его структурой, пористостью, энергией связи воды с его поверхностью и т.д.

Структура формируемых пористых тел определяется размером первичных частиц гелей гидроксидов и степенью их упаковки, на которую существенное влияние оказывают силы капиллярной контракции, зависящие от поверхностного натяжения интермицеллярной жидкости. В работах [63, 64] показано, что между сорбционной емкостью получаемых образцов и поверхностным натяжением интермицеллярной жидкости (воды) наблюдается антибатная зависимость: с уменьшением поверхностного натяжения интермицеллярной жидкости сорбционная

емкость высушиваемых образцов увеличивается. Эта закономерность подтверждается и результатами исследований, связанными с заменой воды гидрогелей на водорастворимые органические растворители с меньшим поверхностным натяжением [62, 65-69].

Безусловно, этот метод имеет ряд недостатков, ограничивающих его широкое практическое использование при производстве высокоактивных пористых материалов.

Поэтому изыскание новых, дешевых методов, предотвращающих деформацию структуры гидроксидов при их сушке, - одна из актуальных задач, решить которую, судя по имеющимся литературным данным, можно с помощью магнитного поля.

Так, например, в работах [178-186] показано, что воздействие магнитного поля на воду сопровождается изменением ее поверхностного натяжения, которое находится в определенной зависимости от напряженности магнитного поля. Руководствуясь результатами данных работ, мы провели опыты по сушке гелей гидроксидов металлов в постоянном магнитном поле в зависимости от его напряженности. Для этого были получены гидроксиды металлов, в которых в качестве гидроксидообразующих ионов использовали пара- и диамагнитные ионы. Синтезированные гидрогели тщательно отмывали от электролитов и гранулировали в виде цилиндрических гранул, после чего их помещали между пластинами электромагнита. Сушку образцов проводили при комнатной температуре 24 ч. После чего образцы досушивали в муфельной печи при температуре 120°С на протяжении 2 ч. Полученные таким образом образцы подвергались адсорбционно-структурным исследованиям.

Результаты исследования представлены в таблице и на рисунке. Из них видно, что с ростом напряженности магнитного поля от 47 до 78 мТл сорбционная емкость образцов с парамагнитными ионами увеличивается.

В настоящее время хорошо известно, что омагничивание воды сопровождается разрушением ее льдоподобной структуры, ослаблением межмолекулярных связей, ростом диамагнетизма [187-189], изменением экстинкции (поглощения света) [190-191] и т.д. Такая структурная перестройка воды под действием магнитного поля и связанные с ней изменения ее поверхностного натяжения оказывают заметное влияние на формирование пористой структуры образцов в процессе их сушки.

Поверхностное натяжение интермицеллярной жидкости, как правило, тесно связано с действием сил капиллярной контракции, уплотняющих пористую структуру высушиваемого материала. Поэтому с ростом напряженности магнитного поля, сопровождающимся уменьшением поверхностного натяжения интермицеллярной жидкости (воды), увеличивается сорбционная емкость получаемых образцов. Между этими двумя параметрами наблюдается линейная антибатная зависимость.

Наряду с этим следует отметить, что кроме поверхностного натяжения интермицеллярной жидкости, на структурообразование высу-

шиваемого материала оказывает влияние и его исходная структура. Одна картина наблюдается при сильной гидратации частиц материала, обладающих высокой взаимной подвижностью, а другая - у образцов с плотно упакованными частицами. Если в первом случае образец сравнительно легко поддается структурной деформации под действием капиллярных сил, то во втором - наоборот, оказывает противодействие силам капиллярной контракции (таблица 2.6 и рисунок 2.8).

Изотермы сорбции паров ССЦ

Рис. 2.8. Изотермы сорбции паров ССЦ: а - на образцах Ре(ОН)3, высушенных 13 при комнатной температуре, 14-16 - в магнитном поле различной напряженности; б — на образцах Со(ОН)2, высушенных 21 при комнатной температуре, 22-24 - в магнитном поле различной напряженности. Номе

ра изотерм соответствуют номерам образцов таблицы Эффективность проявления поверхностного натяжения интер-

мицеллярнои жидкости, помимо его величины, зависит от природы высушиваемого материала, его дисперсности, формы частиц, степени смачивания, а также наличия микропор, размеры которых соизмеримы с размерами молекул интермицеллярной жидкости. В порах такого размера, как правило, отсутствует поверхностное натяжение жидкости, ответственное за действие капиллярных сил.

Проведенные исследования и анализ полученных результатов показывают, что в зависимости от напряженности магнитного поля характер сорбционной емкости изученных образцов изменяется по-разному. Наибольшее изменение сорбционной емкости наблюдается у образцов с парамагнитными ионами Ее(ОН)3, Со(ОН)2, №(ОН)2 и незначительные - у образцов с диамагнитными ионами А1(ОН)3 и 1У^(ОН)2. Причин здесь несколько и основная из них, вносящая наибольший вклад в формирование структуры высушиваемого материала, связана с гидратацией коллоидных частиц и их ориентацией в электромагнитном поле.

Хорошо известно, что если частицы обладают диамагнитными

свойствами, то степень их гидратации по мере разрушения структуры воды уменьшается; что же касается парамагнитных коллоидных частиц, то для них наблюдается тенденция к увеличению гидратации. По суще

ству, характеристикой гидратации коллоидных частиц является различное состояние молекул воды в растворе и вблизи иона, т.е. гидратация определяется в основном изменением свойств ближайших к частице молекул воды в растворе по сравнению с чистой водой.

Разрушение (ослабление) связей вода-вода должно приводить к увеличению гидратации, а образование (упрочнение) их, наоборот, - к ослаблению.

Данные особенности частиц при действии внешнего магнитного поля заметно сказываются на свойствах интермицеллярной жидкости (воды) и, в частности, на степени смачивания ею твердых поверхностей.

В.С. Духанин и Н.Г. Ключников [154] пришли к выводу, что омагни-чивание приводит к некоторому разрушению квазикристаллической структуры воды, в результате чего ее молекулы становятся более подвижными, мономерными и свободными.

Рост напряженности магнитного поля повышает эффект структурооб-разования образцов, содержащих парамагнитные частицы (таблица и рисунок). При этом следует отметить, что структурные изменения наиболее рельефно выражены у образцов Ре(ОН)3, полученных из более разбавленных растворов. Одна из вероятных причин, обусловливающих характер этих изменений, - внутренняя структура интермицеллярной жидкости и ее восприимчивость к действию внешнего магнитного поля. В самом деле, состояние интермицеллярного раствора может быть охарактеризовано тремя причинами: 1) взаимодействием ион-ион; 2) взаимодействием ион-растворитель; 3) влиянием гидратации ионов на структуру воды [153, 192]. Иначе говоря, раствор - сложная система и каждая из его составляющих по своему чувствительна к действию магнитного поля. Поэтому сушка гидроксида в магнитном поле сопровождается разрывом наиболее слабых водородных связей между молекулами интермицеллярной жидкости (воды), вследствие чего уменьшаются размеры ее ассоциатов (квазикристалличность воды), т.е. развиваются процессы, которые наблюдаются при повышении температуры.

По-видимому, при каждой напряженности магнитного поля устанавливается определенное равновесие между этими величинами, которое в итоге определяет структуру высушиваемого образца. Аналогичная закономерность наблюдается и при сушке в магнитном поле гидроксидов, полученных из более концентрированных растворов. Отличие состоит лишь в том, что при синтезе гидроксидов из более концентрированных растворов нарушается собственная структура воды как из-за взаимодействия ионов друг с другом, так и вследствие образования более прочного структурного каркаса геля, устойчивого к действию капиллярных сил.

При этом следует отметить, что гидроксиды с пара- и диамагнитными частицами по-разному воздействуют на структурные параметры высушиваемого материала: парамагнитные ионы оказывают заметный эффект на изменение структуры гидроксида в процессе его сушки в магнитном поле.

Причина этого, как отмечено выше, заключается в более сильном де-структировании квазикристаллической структуры воды в магнитном поле в присутствии парамагнитных частиц.

В заключение отметим, что действие магнитного поля на интермицеллярную жидкость в процессе сушки гидроксидов в равной степени, как и синтез гидроксидов в магнитном поле, процесс сложный и связан главным образом с изменениями структуры воды и ее растворов. При этом изменение свойств воды направлено на снижение сил капиллярной контракции в процессе формирования структуры образцов. Причина этого подробно рассмотрена в отечественной и зарубежной литературе и обусловлена она изменением поверхностного натяжения интермицеллярной жидкости.

Таблица 2.6

Адсорбционно-структу рные параметры изученных образцов

п.п

Образец

Конц.,

%

Напряженность магнитного поля, мТл

% см /г

м /г

1

А1(ОН)3

10

0,340

202

2

А1(ОН)3

10

47

0,345

177

3

А1(ОН)3

10

61

0,355

189

4

А1(ОН)3

10

78

0,375

195

5

М?(ОН),

10

0,310

103

6

Мй(ОН)2

10

47

0,325

152

7

Мя(ОН)2

10

61

0,335

173

8

Мё(ОН)2

10

78

0,340

165

9

Ре(ОН)з

10

0,200

98

10

Ре(ОН)з

10

47

0,290

100

11

Ре(ОН)з

10

61

0,320

172

12

Ре(ОН)з

10

78

0,350

180

13

Ре(ОН)з

5

0,159

105

14

Ре(ОН)3

5

47

0,260

100

15

Ре(ОН)3

5

61

0,280

140

16

Ре(ОН)3

5

78

0,300

160

17

№(ОР1)2

10

0,145

120

18

№(ОР1)2

10

47

0,160

114

19

ИКОН),

10

61

0,200

117

20

ИКОН),

10

78

0,240

123

21

Со(ОН)2

10

0,240

183

22

Со(ОН)2

10

47

0,275

202

23

Со(ОН)2

10

61

0,325

241

24

Со(ОН)2

10

78

0,375

271

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>