Флокуляция - Flocculation

"Flocculent" перенаправляется сюда. Для типа галактики см. Флокулянтная спиральная галактика.
ИЮПАК определение
Флокуляция (в науке о полимерах): Когда соль коллоидно нестабильно (т.е. скоростью агрегации нельзя пренебречь), 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 осадков большего размера, чем коллоидный.

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

Заметка 3: Цитата из исх.[1][2]

Флокуляция, в области химия, это процесс, посредством которого коллоидный частицы выходят из приостановка оседать в виде хлопьев или хлопьев, спонтанно или из-за добавления осветляющий агент. Действие отличается от осадки в том, что до флокуляции коллоиды просто суспендированы в форме стабильной дисперсии в жидкости и не растворяются в решение.[требуется разъяснение ]

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

Определение термина

Согласно ИЮПАК По определению, флокуляция - это «процесс контакта и адгезии, при котором частицы дисперсии образуют кластеры большего размера». Флокуляция - синоним агломерация и коагуляция / слияние.[3][4]

По сути, коагуляция - это процесс добавления коагулянта для дестабилизации стабилизированной заряженной частицы. Между тем флокуляция - это метод перемешивания, который способствует агломерации и помогает осаждению частиц. Наиболее часто используемый коагулянт - квасцы, Al2(ТАК4)3 • 14 часов2О.

В химической реакции участвуют:

Al2(ТАК4)3 • 14 часов2O → 2 Al (OH)3(с) + 6 часов+ + 3 СО42- + 8 часов2О

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

Химия поверхности

В коллоидная химия, флокуляция относится к процессу, при котором мелкие частицы заставляют слипаться в хлопья. Затем хлопья могут всплыть на поверхность жидкости (вспенивание), селиться на дно жидкости (осаждение ), или быть готовым фильтрованный из жидкости. Флокуляция почвенных коллоидов тесно связана с качеством пресной воды. Высокая диспергируемость почвенных коллоидов не только непосредственно вызывает помутнение окружающей воды, но и вызывает эвтрофикация из-за адсорбции питательных веществ в реках, озерах и даже на лодках под водой.

Физическая химия

За эмульсии, флокуляция описывает кластеризацию отдельных диспергированных капель вместе, при этом 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 применяется при обогащении минералов,[6] но может также использоваться при определении физических свойств пищевых и фармацевтических продуктов. [7]

Гражданское строительство / науки о Земле

В гражданское строительство, а в науки о Земле, флокуляция - это состояние, при котором глины, полимеры или другие мелкие заряженные частицы прикрепляются и образуют хрупкий структура, флок. В рассредоточенном глина суспензии 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

Смотрите также: Флокуляция дрожжей § Процесс

Флокуляция используется в биотехнология приложения в сочетании с микрофильтрация 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]

Сырная промышленность

Флокуляция широко используется для измерения прогресса творог формирование на начальных этапах сыр приготовления, чтобы определить, как долго творог должен застыть.[9] Реакция с участием сычужный фермент мицеллы моделируются Кинетика Смолуховского.[9] Во время сычужного сычужания молока мицеллы могут сближаться друг с другом и флокулировать - процесс, который включает гидролиз молекул и макропептидов.[10]

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

Пивоварение

Основная статья: Флокуляция дрожжей

В пивоварении флокуляция имеет другое значение. Это очень важный процесс в ферментация при производстве пива клетки образуют макроскопические хлопья. Эти хлопья заставляют дрожжи осаждаться или подниматься до пика ферментации в конце ферментации. Впоследствии дрожжи можно собирать (обрезать) сверху (эль брожение) или дно (лагер ферментация) ферментера для повторного использования для следующей ферментации.

Флокуляция дрожжей в первую очередь определяется концентрацией кальция, часто в диапазоне 50-100 частей на миллион.[12] Соли кальция могут быть добавлены, чтобы вызвать флокуляцию, или процесс можно обратить вспять, удалив кальций путем добавления фосфат образовывать нерастворимый фосфат кальция, добавляя избыток сульфат с образованием нерастворимого сульфата кальция или добавлением EDTA к хелат ионы кальция. Хотя это похоже на седиментацию в коллоидных дисперсиях, механизмы разные.[13]

Процесс очистки воды

Флокуляция и седиментация широко используются в очищение из питьевая вода а также в очистка сточных вод, очистка ливневых вод и очистка промышленных стоков. Типичные процессы обработки состоят из решеток, коагуляции, флокуляции, осаждение, гранулированная фильтрация и дезинфекция.[14]

Баночный тест

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

Дефлокуляция

Основная статья: Пептизация

Дефлокуляция - полная противоположность флокуляции, также иногда известной как пептизация. Силикат натрия (Na2SiO3) является типичным примером. Обычно в высшем pH диапазоны в дополнение к низким ионная сила растворов и преобладание одновалентного металла катионы то коллоидный частицы могут быть диспергированы.[15]Добавка, которая предотвращает образование хлопьев из коллоидов, называется дефлокулянтом. Для дефлокуляции, передаваемой через электростатические барьеры, эффективность дефлокулянта можно измерить с точки зрения дзета-потенциал. Согласно Энциклопедическому словарю полимеров дефлокуляция "состояние или состояние дисперсии твердого вещества в жидкости, в котором каждая твердая частица остается независимой и не связанной с соседними частицами (во многом как эмульгатор ). Дефлокулированная суспензия показывает нулевой или очень низкий предел текучести ».[15]

Дефлокуляция может быть проблемой на очистных сооружениях, поскольку она обычно вызывает ил решение проблем и ухудшение сточные воды качественный.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б 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 Ф. Т. (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации IUPAC 2011)» (PDF). Чистая и прикладная химия. 83 (12): 2229–2259. Дои: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 IUPAC 2008 г.) «Фиолетовая книга» (2-е изд.). Издательство РСК. ISBN  978-0-85404-491-7.
  3. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "флокуляция ". Дои:10.1351 / goldbook.F02429
  4. ^ Хаббард, Артур Т. (2004). Энциклопедия науки о поверхности и коллоидах. CRC Press. п. 4230. ISBN  978-0-8247-0759-0. Получено 2007-11-13.
  5. ^ Адамсон А.В. и Гаст А.П. (1997) "Физическая химия поверхностей", John Wiley and Sons.
  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, Philipp L .; Сала, Гвидо; Стигер, Маркус; Шолтен, Эльке (1 августа 2019 г.). «Кластеризация капель масла в эмульсиях масло / вода: контроль размера кластера и силы взаимодействия». Food Research International. 122: 537–547. Дои:10.1016 / j.foodres.2019.04.027. ISSN  0963-9969. PMID  31229109.
  8. ^ Хан, Бинбин; Akeprathumchai, S .; Wickramasinghe, S. R .; Цянь, X (2003-07-01). «Флокуляция биологических клеток: эксперимент против теории». Журнал Айше. 49 (7): 1687–1701. Дои:10.1002 / aic.690490709. ISSN  1547-5905.
  9. ^ а б Фокс, Патрик Ф. (1999). Том 1. Сыр: химия, физика и микробиология (2-е изд.). Гейтерсбург, 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. Дои:10.1021 / jf100602j. ISSN  0021-8561. PMID  20557068.
  12. ^ Брунгард, Мартин (20 февраля 2018 г.). «Водное знание». Bru'n Water.
  13. ^ Джин, И-Л .; Спирс, Р.А. (1999). "Флокуляция в Saccharomyces cerevisiae Food Res. Int". 31: 421–440. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  14. ^ Беверли, Ричард П. (2014-04-17). «Мониторинг и оценка процесса очистки воды». Knovel. Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA). Получено 14 октября, 2015.
  15. ^ а б Гуч, доктор Ян В., изд. (2007-01-01). «Дефлокуляция». Энциклопедический словарь полимеров. Springer Нью-Йорк. п. 265. Дои:10.1007/978-0-387-30160-0_3313. ISBN  978-0-387-31021-3.

дальнейшее чтение

  • 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. Хау, Джордж Чобаноглус (2012), Очистка воды MWH: принципы и дизайн, третье издание, Джон Уайли и сыновья, ISBN  978-0-470-40539-0