Спосіб визначення електрокінетичного потенціалу пухирців газу в рідині

Спосіб визначення електрокінетичного потенціалу пухирців газу в рідині, що включає створення пухирців газу в цій рідині, який відрізняється тим, що вимірюють концентрацію іонів в рідині і в крапельному викиді, який утворюється при розриві газових пухирців на поверхні рідини, а величину електрокінетичного потенціалу розраховують за рівнянням: 2,303RT x= DpH , F дe - DpH = DHпов - pHоб 'єм , Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використана для визначення електрокінетичного потенціалу пухирців газу в розчинах, величина якого впливає на хід багатьох технологічних процесів, наприклад, флотаційних методів очищення, розподілу і концентрування речовин. В практиці застосовують способи визначення електрокінетичного потенціалу (z) пухирців, які базуються на реєстрації їх руху в горизонтальному електричному полі і визначення величини zпотенціалу пухирця газу, наприклад, за рівнянням Гельмгольца-Смолуховського [Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. - М.; Л.: Госте хиздат, 1947. 545с.]. Недоліком цих способів є технічні трудно щі з визначенням швидкості руху пухирців, яка необхідна для розрахунку z-потенціалу відомими методами. Найбільш близькими по технічній суті є спосіб визначення z-потенціалу пухирців, заснований на вимірі різниці потенціалів, що виникає при спливанні газових пухирців у стовпі рідини (ефект Дорна) [Самыгин В.Д., Дерягин Б.В., Духин С.С. Исследование эффекта Дорна на пузырьках воздуха. - Коллоид, журн., 1964, 26, №3, с.493-501]. Суттєвим недоліком цього способу є те, що цей спосіб застосовують за умови: число Рейнольдса Re1. Тому для ви значення електрокінетичного потенціалу пухирця процес моделюють, заміняючи пухирець газу, наприклад, часткою латексу. Крім того, не можна кількісно переносити результати, отримані при вимірі величини z-потенціалу одиничного пухирця, на систему полідисперсних пухирців при барботажі. Задача яку вирішує корисна модель, дозволяє спростити процес вимірювання електрокінетичного потенціалу пухирців газу безпосередньо при барботажі водяних розчинів електролітів. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що вимірюють концентрацію іонів водню в рідині і в крапельному викиданні, який утворюється при розриві газових пухирців на поверхні рідини, а величину електрокінетичного потенціалу пухирців розраховують за рівнянням 2,303RT x= DpH, F де - DpH = pHпов - pHоб 'єм , pHоб 'єм - концентрація іонів в рідині, pHпов - концентрація іонів в крапельному викиді, pHоб 'єм - концентрація іонів в рідині, pHпов - концентрація іонів в крапельному викиданні, F - число Фарадея, R - універсальна газова стала, T - абсолютна температура рідини. (19) UA (11) 25073 (13) U F - число Фарадея, R - універсальна газова стала, T - абсолютна температура рідини. 3 25073 Основні теоретичні положення цього способу базуються на тому, що різниця концентрацій іонів водню в поверхневому шарі і в об'ємі розчину зв'язана з електрокінетичним потенціалом рівнянням e pHпов - pHоб 'єм = z, 2,303kT де e - елементарний заряд, k - постійна Больцмана, Т - абсолютна температура рідини. Звідки 2,303kT 2,303kT x= DpH або x = DpH , e F де DpH = pHпов - pHоб 'єм , F - число Фарадея, R - універсальна газова стала. При підстановці числових значень констант для Т=298К рівняння приймає вид: z = 0,0591DpH, B Однак цими рівняннями на практиці не користалися через труднощі, що пов'язані з виміром концентрації іонів водню на границі розподілу фаз рідина - газ, тобто pHпов . Розрив газових пухирців на поверхні рідини супроводжується виносом крапель, що утворюються при викиді капілярного стовпчика рідини з порожнини пухирця. При цьому склад сплеску (краплинного викидання) корелює зі складом границі розподілу розчин-повітря, оскільки при утворенні сплеску ковзанню піддається шар рідини, що складає 10% від товщини поверхневого шару підвищеної в'язкості, що рухається поблизу границі з газовою фазою з максимальним прискоренням порядку 103g (g - прискорення сили тяжіння). Отже, вимірюючи значення рН розчину краплинного викидання, можна одержати інформацію про зміст іонів водню на границі розподілу пухирець газу/рідина. На Фіг. зображена схема пристрою для реалізації запропонованого способу. Пристрій для виконання способу містить циліндр 1 для розчину, в дно якої вмонтований фільтр (фільтр Шота) для утворення пухирців газу 3. Повітряний тиск в системі створює компресор 4. Краплі, що утворюються при розриві пухирців на 4 границі рідина-повітря, накопичуються на пластині 5. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. В циліндр 1 наливають розчин ( pHоб 'єм розчину попередньо вимірюють) в якому потрібно визначити електрокінетичний потенціал пухирців газу. Повітря під тиском, створеним компресором 4, продавлюють через капіляри фільтру 2 і в розчині утворюються пухирці 3. Ці п ухирці спливають і розриваються на границі розподілу повітря-рідина. Крапельки, які утворюються при розпаді капілярного стовпчика, збирають за допомогою пластини 5 і далі визначають їх рН. Після цього розраховують DpH = pHпов - pHоб 'єм Приклад Досліди краплинного викидання при барботажі систем типу NaCl-Н2О, KJ-Н2О, Na2SO 4-Н2О показали підвищений зміст іонів водню, тобто D pH < 0 . Для системи NaCl-Н2О при с=0,1моль/л і Т=295К DpH = -0,4 . Після підстановки значення DpH у рівняння одержуємо, що z=-23·10-3В. Таким чином, якщо z0, то краплинне викидання збіднюється іонами водню. Отримані значення погодяться з величиною z-потенціалу пухирців газу у водяних розчинах виміряних способом реєстрації їх р уху в горизонтальному електричному полі (z=-30·10-3В для 10-4моль/л КСІ), що свідчить про практичну можливість використання описаного методу для визначення z-потенціалів пухирців газу у воді. Пропонуємий спосіб дозволяє: - підвищити ефективність процесу визначення електрокінетичних потенціалів пухирців газу в розчинах; - спростити процес визначення електрокінетичних потенціалів пухирців газу; - визначати електрокінетичні потенціали полідисперсних пухирців при барботажі; - підвищити точність визначення електрокінетичних потенціалів за рахунок створення монодисперсних пухирців. 5 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 25073 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601