4 . Ознайомлення з методами очищення колоїдних систем

Колоїдні системи природного походження і добуті в лабораторіях та промисловими методами звичайно потребують очищення. Від грубодисперсних завислих частинок золі очищають за допомогою звичайних паперових фільтрів.

Рис. 2. Схема проточного діалізатора: 1 – золь; 2 - напів проникна мембрана; 3 - вода.

Золі часто містять різні домішки (електроліти), які дуже знижують стійкість систем. Для очистки золей від домішок низькомолекулярних речовин застосовують діаліз або електродіаліз та ультрафільтрацію.

Діаліз був історично першим методом очищення. Його запропонував Т.Грем (1861р.).

Діаліз – процес очищення колоїдних розчинів, заснований на властивості напівпроникних мембран пропускати домішки іонів і молекул малих розмірів та затримувати колоїдні частинки.

Для очищення колоїдних систем застосовують прилад – діалізатор (рис.2). Дисперсну систему поміщують у камеру із напівпроникної мембрани, яка омивається проточною дистильованою водою.

Згідно із законом дифузії, іони і молекули розчиненої речовини, що є домішками, проникають через напівпроникну мембрану у дистильовану воду, а частинки диспесної фази залишаються у дисперсній системі.

Діаліз – процес повільний, триває звичайно кілька діб. Підвищення температури дещо прискорює діаліз. Швидкість діалізу підвищується, якщо у зовнішньому просторі діалізатора вода буде проточною. Але при цьому різко зростає витрата води.

Швидкість діалізу можна значно збільшити, скориставшись дією електричного поля на іони розчинених домішок. Такий метод очищення називають електродіалізом.

Електродіаліз – це процес діалізу, який проводять в постійному електричному полі.

Електродіалізатор – це посудина, розділена мембраною на три відсіки, із яких середній містить систему, що очищують, а в крайніх розміщені електроди і циркулюється рідина, однорідна з речовиною дисперсійного середовища системи, що очищується.

Рис.3. Схема електродіалізатора:

1 –вода; 2 – електроди; 3 – напівпроникні мембрани; 4 – мішалка; 5 – колоїдний розчин.

В умовах великої різниці потенціалів дисперсійне середовище швидко очищується від електроліту. Діаліз застосовується в багатьох виробництвах, наприклад, під час обробки продуктів харчування при вимочуванні соленого м’яса, риби. Електродіаліз застосовується для очищення харчового желатину, клею, барвників, целюлози та інших речовин. Особливо ефективний він у медицині. На принципі електродіалізу заснована дія апарату «штучна нирка», яка дозволяє очищувати кров хворої людини від шкідливих продуктів життєдіяльності. Апарат підключається до системи кровообігу хворого. Кров під тиском тече між двома мембранами, які ззовні омиваються фізіологічним розчином. Робоча площа мембрани досить велика – 1-2м², завдяки чому продукти обміну і розпаду тканин відділяються з крові досить швидко.

Цим методом видаляють солі з молочної сироватки, завдяки чому в ній підвищується вміст лактози і білків. Така сироватка застосовується в дієтичному харчуванні.

Застосовуючи напівпроникні мембрани, дисперсні системи можна концентрувати, «продавлюючи» дисперсійне середовище разом з розчиненими в ній речовинами через ультрафільтри (полімерні плівки з розміром пір 10^-6- 10^-5см). Цей метод називається ультрафільтрацією.

Ультрафільтрація – це фільтрування колоїдних розчинів крізь напівпроникну мембрану, яка пропускає дисперсійне середовище з низькомолекулярними домішками і затримує частинки дисперсної фази або макромолекули.

У льтрафільтраційні матеріали відрізняються тим, що кожна із пір відкривається у бік низького тиску і будь-яка невеличка частинка проходить через мембрану, тоді як великі залишаються на її поверхні.

Рис.4. Ультрафільтр: 1 – мембрана;

2 – пластинка з отворами; 3 – воронка.

Ультрафільтрація дозволяє видалити надлишок води із фруктових соків, сиропів та екстрактів; вихід фруктових соків при цьому збільшується до 95-99%. У молочній промисловості ультрафільтрація дає можливість добувати молочні концентрати і очищувати їх від домішок, прискорюючи процес виробництва сирів і покращуючи їх смакові якості. Ультрафільтрація широко використовується для виробництва кисломолочних продуктів, молочних каш, дитячого харчування та інших подібних продуктів. Застосування ультрафільтрації дозволяє добувати із сирого цукрового сиропу чистий, вільний від колоїдів фільтрат, що застосовується для беспосередньої кристалізації цукру. При виробництві пива за допомогою ультрафільтрації його очищують від бактерій та ВМС.

Р ис. 5. Ультрафільтрація під вакуумом

Для прискорення ультрафільтрації або створюють розрідження під фільтром – ультрафільтрація під вакуумом (рис.5), або створюють тиск на фільтруючий розчин – ультрафільтрація під тиском.

Описані методи застосовуються не тільки в наукових лабораторіях і клініках, але й в промисловості, в тому числі і для очищення розчинів високомолекулярних сполук.

Для видалення дисперсної фази в золях широко використовують центрифуги. Методом центрифугування проводиться сепарація молока, відокремлення дрібнокристалічних осадів.

Таблиця 2.2.