Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"Flocculent" перенаправляется сюда. Для типа галактики см. Хлопковая спиральная галактика .
Определение ИЮПАК
Флокуляция (в науке о полимерах) : когда золь коллоидно нестабилен (т.е. скорость агрегации не является незначительной), то образование агрегатов называется флокуляцией или коагуляцией. [1]

Агломерация (кроме науки о полимерах)
Коагуляция (кроме науки о полимерах)
Флокуляция (кроме науки о полимерах)
Процесс контакта и адгезии, при котором диспергированные молекулы или частицы удерживаются вместе слабыми физическими взаимодействиями, что в конечном итоге приводит к разделению фаз за счет образования более крупных осадков. чем коллоидный размер.

Примечание 1. Агломерация - это обратимый процесс.Примечание 2 : Предлагаемое здесь определение рекомендуется для различения
агломерации от агрегации.

Примечание 3 : цитата из исх. [1] [2]

Флокуляция в области химии - это процесс, при котором коллоидные частицы выходят из суспензии в осадок в виде хлопьев или хлопьев, либо спонтанно, либо из-за добавления осветляющего агента . Действие отличается от осаждения тем, что до флокуляции коллоиды просто суспендированы в форме стабильной дисперсии в жидкости и не растворяются в растворе . [ требуется разъяснение ]

Коагуляция и флокуляция являются важными процессами при очистке воды с помощью коагуляции, направленной на дестабилизацию и агрегацию частиц за счет химического взаимодействия между коагулянтом и коллоидами, а также флокуляции для осаждения дестабилизированных частиц, вызывая их агрегацию во флок. [ требуется разъяснение ]

Определение термина [ править ]

Согласно определению IUPAC , флокуляция - это «процесс контакта и адгезии, при котором частицы дисперсии образуют кластеры большего размера». Флокуляция является синонимом агломерации и коагуляции / коалесценции . [3] [4]

По сути, коагуляция - это процесс добавления коагулянта для дестабилизации стабилизированной заряженной частицы. Между тем флокуляция - это метод смешивания, который способствует агломерации и помогает осаждению частиц. Наиболее часто используемый коагулянт - это квасцы Al 2 (SO 4 ) 3 • 14 H 2 O.

В химической реакции участвуют:

Al 2 (SO 4 ) 3 • 14 H 2 O → 2 Al (OH) 3 (т) + 6 H + + 3 SO 4 2- + 8 H 2 O

Во время флокуляции мягкое перемешивание увеличивает скорость столкновения частиц, и дестабилизированные частицы далее агрегируются и объединяются в более крупные осадки. На флокуляцию влияют несколько параметров, включая скорость перемешивания, интенсивность перемешивания и время перемешивания. Произведение интенсивности перемешивания и времени перемешивания используется для описания процессов флокуляции.

Приложения [ править ]

Химия поверхности [ править ]

В коллоидной химии флокуляция относится к процессу, при котором мелкие частицы собираются вместе в хлопья. Затем хлопья могут всплыть в верхнюю часть жидкости (вспенивание), осесть на дно жидкости ( седиментация ) или легко отфильтровываться от жидкости. Флокуляция почвенных коллоидов тесно связана с качеством пресной воды. Высокая диспергируемость почвенных коллоидов не только напрямую вызывает помутнение окружающей воды, но также вызывает эвтрофикацию из-за адсорбции питательных веществ в реках и озерах и даже на лодках под водой.

Физическая химия [ править ]

Для эмульсий флокуляция описывает кластеризацию отдельных диспергированных капель вместе, в результате чего отдельные капли не теряют своей идентичности. [5] Таким образом, флокуляция является начальной стадией, ведущей к дальнейшему старению эмульсии (коалесценция капель и окончательное разделение фаз). Флокуляция используется при обогащении минералов [6], но также может использоваться для определения физических свойств пищевых и фармацевтических продуктов. [7]

Гражданское строительство / науки о Земле [ править ]

В гражданском строительстве и в науках о Земле флокуляция - это состояние, при котором глины, полимеры или другие мелкие заряженные частицы прикрепляются и образуют хрупкую структуру , флок. В диспергированных глинистых суспензиях флокуляция происходит после прекращения механического перемешивания, и диспергированные пластинки глины спонтанно образуют хлопья из-за притяжения между отрицательными поверхностными зарядами и положительными краевыми зарядами.

Биология [ править ]

Смотрите также: флокуляция дрожжей § Процесс

Флокуляция используется в биотехнологических приложениях вместе с микрофильтрацией для повышения эффективности биологических кормов. Добавление синтетических флокулянтов в биореактор может увеличить средний размер частиц, делая микрофильтрацию более эффективной. Когда флокулянты не добавляются, образуются и накапливаются корки, что снижает жизнеспособность клеток. Положительно заряженные флокулянты работают лучше, чем отрицательно заряженные, поскольку клетки обычно заряжены отрицательно. [8]

Сыроварня [ править ]

Флокуляция широко используется для измерения процесса образования творога на начальных этапах производства сыра, чтобы определить, как долго творог должен застыть. [9] Реакция с участием мицелл сычужного фермента моделируется кинетикой Смолуховского . [9] Во время сычужного образования молока мицеллы могут сближаться друг с другом и флокулировать - процесс, который включает гидролиз молекул и макропептидов. [10]

Флокуляция также используется при очистке сточных вод от сыра . В основном используются три разных коагулянта: [11]

  • FeSO 4 ( сульфат железа (II) )
  • Al 2 (SO 4 ) 3 ( сульфат алюминия )
  • FeCl 3 ( хлорид железа (III) )

Пивоварение [ править ]

Основная статья: Флокуляция дрожжей

В пивоварении флокуляция имеет другое значение. Это очень важный процесс ферментации при производстве пива, когда клетки образуют макроскопические хлопья. Эти хлопья заставляют дрожжи осаждаться или подниматься до пика ферментации в конце ферментации. Впоследствии дрожжи можно собирать (собирать) с верха ( ферментация эля ) или снизу ( ферментация лагера ) ферментера, чтобы повторно использовать их для следующего брожения.

Флокуляция дрожжей в первую очередь определяется концентрацией кальция, часто в диапазоне 50-100 ppm. [12] Соли кальция могут быть добавлены, чтобы вызвать флокуляцию, или процесс можно обратить, удалив кальций путем добавления фосфата с образованием нерастворимого фосфата кальция, добавления избыточного сульфата для образования нерастворимого сульфата кальция или добавления EDTA для хелатирования ионов кальция. Хотя это похоже на седиментацию в коллоидных дисперсиях, механизмы разные. [13]

Процесс очистки воды [ править ]

Флокуляции и осаждения широко используются в очистке от питьевой воды , а также в очистке сточных вод , очистки ливневых вод и очистки промышленных потоков сточных вод. Типичные процессы очистки состоят из решеток, коагуляции, флокуляции, осаждения , гранулированной фильтрации и дезинфекции. [14]

Jar test [ править ]

Цель этого теста - выбрать типы коагулянта (квасцы), а также оценить оптимальную дозу, необходимую для удаления заряженных частиц, которые встречаются в сырой воде. Jar test - это эксперимент для понимания процессов коагуляции, флокуляции и седиментации (AWWA, 2011).

Аппарат для испытания в виде сосуда состоит из шести стаканов периодического действия и оснащен лопастным миксером для каждого стакана. В стандартной практике испытание в сосуде включает быстрое перемешивание, за которым следует медленное перемешивание, а затем процесс осаждения.

Дефлокуляция [ править ]

Основная статья: Пептизация

Дефлокуляция - полная противоположность флокуляции, также иногда известной как пептизация . Силикат натрия (Na 2 SiO 3 ) является типичным примером. Как правило , в более высоких рН диапазонах в дополнение к низкой ионной силы растворов и доминирование одновалентных металлов катионов на коллоидные частицы могут быть диспергированы. [15] Добавка, предотвращающая образование хлопьев из коллоидов, называется дефлокулянтом. Для дефлокуляции, передаваемой через электростатические барьеры, эффективность дефлокулянта может быть измерена с помощью дзета-потенциала.. Согласно Энциклопедическому словарю полимеров дефлокуляция - это « состояние или условие диспергирования твердого вещества в жидкости, в котором каждая твердая частица остается независимой и не связанной с соседними частицами (как эмульгатор ). Дефлокулированная суспензия показывает нулевой или очень низкий выход ценить". [15]

Дефлокуляция может быть проблемой на станциях очистки сточных вод, поскольку она обычно вызывает проблемы осаждения ила и ухудшение качества сточных вод .

См. Также [ править ]

  • Альгакультура  - аквакультура, предполагающая выращивание водорослей
  • Взаимодействие глины с водой  - различные прогрессивные взаимодействия между глинистыми минералами и водой
  • Отложение (геология)  - Геологический процесс, при котором осадки, почва и горные породы добавляются к рельефу или массиву суши.
  • Сила истощения
  • Теория DLVO  - Теоретическая модель агрегации водных дисперсий (стабильность коллоидов)
  • Буровой раствор , также известный как буровой раствор - вспомогательное средство для бурения скважин в земле.
  • Изоэлектрическая точка  - pH, при котором конкретная молекула или поверхность данного твердого тела не несет чистого электрического заряда.
  • Осветлитель ламельный  - Технологическое оборудование для очистки воды
  • Созревание Оствальда  - Феномен
  • Морская вода  - вода из моря или океана.
  • Уравнение коагуляции Смолуховского
  • Структура почвы
  • Синерезис (химия)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Сломковский, Станислав; Alemán, José V .; Гилберт, Роберт Дж .; Гесс, Майкл; Хори, Казуюки; Джонс, Ричард Дж .; Кубиса, Пшемыслав; Мейзель, Ингрид; Морманн, Вернер; Пенчек, Станислав; Степто, Роберт FT (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации IUPAC 2011)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. DOI : 10.1351 / PAC-REC-10-06-03 . S2CID  96812603 .
  2. ^ Ричард Дж. Джонс; Эдвард С. Уилкс; В. Вал Метаномски; Ярослав Каховец; Майкл Хесс; Роберт Степто; Тацуки Китаяма, ред. (2009). Сборник терминологии и номенклатуры полимеров (Рекомендации ИЮПАК 2008 г.) «Фиолетовая книга» (2-е изд.). Издательство РСК. ISBN 978-0-85404-491-7.
  3. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « флокуляция ». DOI : 10,1351 / goldbook.F02429
  4. ^ Хаббард, Артур Т. (2004). Энциклопедия поверхностных и коллоидных наук . CRC Press. п. 4230. ISBN 978-0-8247-0759-0. Проверено 13 ноября 2007 .
  5. ^ Адамсон А.В. и Гаст А.П. (1997) «Физическая химия поверхностей», Джон Вили и сыновья.
  6. ^ Исследование закономерностей селективной флокуляции углей синтетическими латексами / П.В. Сергеев, В.С. Билецкий // ICCS'97. 7–12 сентября 1997 г., Эссен, Германия. Т. 1. С. 503–506.
  7. ^ Fuhrmann, Филипп L .; Сала, Гвидо; Стигер, Маркус; Шолтен, Эльке (1 августа 2019 г.). «Кластеризация масляных капель в эмульсиях масло / вода: контроль размера кластера и силы взаимодействия» . Food Research International . 122 : 537–547. DOI : 10.1016 / j.foodres.2019.04.027 . ISSN 0963-9969 . PMID 31229109 .  
  8. ^ Хан, Бинбин; Akeprathumchai, S .; Викрамасингх, SR; Цянь, X (2003-07-01). «Флокуляция биологических клеток: эксперимент против теории». Журнал Айше . 49 (7): 1687–1701. DOI : 10.1002 / aic.690490709 . ISSN 1547-5905 . 
  9. ^ a b Фокс, Патрик Ф. (1999). Сыр Том 1: химия, физика и микробиология (2-е изд.). Гейтерсбург, штат Мэриленд : Aspen Publishers. С. 144–150. ISBN 978-0-8342-1378-4.
  10. ^ Фокс, Патрик Ф. (2004). Сыр - химия, физика и микробиология (3-е изд.). Эльзевир. п. 72. ISBN 978-0-12-263653-0.
  11. ^ Ривас, Хавьер; Prazeres, Ana R .; Карвалью, Фатима; Бельтран, Фернандо (14 июля 2010 г.). «Обработка сточных вод, содержащих сырную сыворотку: комбинированная коагуляция - флокуляция и аэробное биоразложение». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 58 (13): 7871–7877. DOI : 10.1021 / jf100602j . ISSN 0021-8561 . PMID 20557068 .  
  12. ^ Brungard, Мартин (20 февраля 2018). «Водное знание» . Bru'n Water .
  13. ^ Jin, YL .; Спирс, РА. (1999). "Флокуляция в Saccharomyces cerevisiae Food Res. Int". 31 : 421–440. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ Беверли, Ричард П. (2014-04-17). «Мониторинг и оценка процесса очистки воды» . Knovel . Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA) . Проверено 14 октября 2015 года .
  15. ^ a b Гуч, доктор Ян В., изд. (2007-01-01). «Дефлокуляция». Энциклопедический словарь полимеров . Springer Нью-Йорк. п. 265. DOI : 10.1007 / 978-0-387-30160-0_3313 . ISBN 978-0-387-31021-3.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джон Грегори (2006), Частицы в воде: свойства и процессы , Тейлор и Фрэнсис, ISBN 1-58716-085-4 
  • Джон К. Криттенден, Р. Родс Трасселл, Дэвид У. Хэнд, Керри Дж. Хоу, Джордж Чобаноглоус (2012), Обработка воды MWH: принципы и дизайн, третье издание , John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-40539 -0