МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕН С ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

В работе Стивенсона [109] качественно с помощью фото­съемки процесса взаимодействия пен с масляным загрязнением, содержащим графит, показано, что пена дробит капли и пленки загрязнения до отдельных глобул, которые втягиваются в пену. Наиболее эффективными для дробления оказались пепы из рас­творов анионных ПАВ.

Предпринята попытка [67] количественно оценить эффектив­ность дробления пенами жидкостей в зависимости от их вязко­сти и поверхностного натяжения, а также изучить распределе­ние удаляемого вещества в жидкой фазе пены. С этой целью были использованы нитробензол, анилин и ж-крезол, т. е. веще­ства, обладающие различной вязкостью и поверхностным натя­жением. Капли этих жидкостей наносили на стеклянную пласти­ну, покрывали пеной из раствора, содержащего по 0,5% (масс.) сульфонола и тринатрийфосфата, и раздробленную под действи­ем пены каплю фотографировали через определенные проме­жутки времени. Экспериментальные данные об эффективности

МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕН С ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

Ь'г/Ь'о

Srfa

2 3 г, мин

2 Т, мин

Рис. 83. Кинетическая кривая дробления пеной л-крезола (1), нитробензо­ла (2) и анилчьа (3).

5T/So — отношение площади, занимаемой каплей, через т мин после панессннм па нес пены к начальной площади, занимаемой каплей.

3

Г

О

О

Рис 84. Влияние кратности пен р на эффективность дробления капли нитро­бензола.

Дроблении жидкостей, обладающих различной вязкостью и по­верхностным натяжением, представлены на рис. 83.

Как видно из рис. 83, дробление жидкости пенами во времени протекает в две стадии. На первой стадии, характеризующейся резким подъемом кривых и заканчивающейся в зависимости от вязкости и поверхностного натяжения через 0,5—3 мин, интен­сивность дробления максимальна. При этом она зависит от вяз­кости и поверхностного натяжения жидкости: чем больше вяз­кость, тем с меньшей скоростью протекает процесс дробления (меньше угол наклона первого участка кривой). Жидкости, об­ладающие меньшим поверхностным натяжением, подвергаются дроблению наиболее интенсивно. Суммарное влияние вязкости и поверхностного натяжения приводит к тому, что время достиже­ния предельной степени дробления может изменяться в широких пределах: для нитробензола — 30 е, для апплпна — 1 мин, а для. u-крезола — более 3 мпп. На второй стадии интенсивность дроб­ления жидкости снижается.

165

Рис. 84 характеризует зависимость степени дробления нит­робензола от кратности пены. Пены, обладающие высокой крат­ностью, обеспечивают большую предельную степень дробления, чем пены с низкой кратностью. Это объясняется тем, что с ро­стом кратности пепы увеличивается средний диаметр ее пузырь­ков, а так как дробление жидкости протекает в результате распределения ее в промежутках между пузырьками, то пло­щадь, занимаемая каплей 5т при использовании высокократной пены, больше, чем в пене низкой кратности. Нельзя исключить п влияние более высокого капиллярного давления в высокократ - пых ненах [79].

12—952

Рнс. 85. Распределение Na332P04 В слоях пены в зависимости от времени нахож­дения ее на поверхности пластины.

Расстояние между слоем пены н понерхио-

Сгыо пластины (и мм) / — 0—0.5; 2 — 0,5 1.0; 3- 1,0 2,0 - I — более 2 мм.

В описанном эксперименте проводили количественное изу­чение процесса дробления в плоскости пятна капли. Распре­деление вещества в жидкой фазе пены по вертикали изучали пу­тем измерения радиоактивности срезанных после замораживания слоев пены на высоте 2; 1; 0,5 мм от. поверхности стеклянной пластины (радиоактивным препара­том служил водный раствор соли Ыаз32Р04).

Из рис. 85 видно, что распределение Na332PC>4 з пене про­текает с большой скоростью, слои содержат максимальное ко­личество радиоактивного вещества уже через 3—4 с после нане­сения пены. Возможно, процесс всасывания вещества в пену протекает еще быстрее, однако примененная методика не позво­ляла сократить время контакта пены с веществом. Во всяком случае, максимальное содержание радиоактивного вещества в пене практически не зависит от экспозиции пены в интервале от 3 до 15 с и не уменьшается в течение 30 с. Затем начинается процесс истечения жидкости из пены, приводящий к обеднению верхних ее слоев радиоактивным раствором и обогащению ниж­них слоев. Максимальная высота всасывания жидкости в гену достигает 2 мм.

Процесс дробления жидкости пенами и всасывания капель внутрь пены является следствием нестабильности этой коллоид­ной системы.

Для выяснения причины подъема жидкости внутрь пены рас­смотрим возможности диффузионного переноса вещества. Рас­пределение вещества в слоях пены (в описанном выше опыте — 4 слоя) можно описать уравнением [323]

V/(0Rt> = V/(D2T2) Где H — толщина слоя; D — коэффициент диффузии.

МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕН С ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

Это уравнение показывает, что содержание диффундирую­щего вещества в слое толщиной hi для времени ti и коэффи­циента диффузии Ј>i то же, что и в слое толщиной Л2 для вре­мени т2 и коэффициента диффузии £>2. Для определения D, ис­ходя из экспериментально найденного соотношения количеств веществ в четырех слоях находят значение х по таблице, приве­денной в [323], которому соответствует это соотношение; по значению х определяют D.

По результатам опытов с водным раствором трннатрнпфос - фата для времени т=3 с распределение вещества в слоях со­ставляет (в относительных единицах) : 7; 14; 24; 54 (сверху впнз). По данным [323] находим x = h2l(Dx)= 0,32, о i куда D=3380 см-'/сут. Практически коэффициент диффузии жидко­стей близок к значению 2 см2/сут. Следовательно, явление всасы­вания жидкости в пену нельзя объяснить диффузионным перено­сом вещества.

Поскольку на эффективность очистки определенное, хотя и не решающее влияние оказывает межфазное натяжение на гра­нице моющий раствор — жидкое загрязнение, изучали влияние концентрации ПАВ (сульфонол НП-1) на межфазное натяже­ние на границе раствор сульфонола — органическая жидкость, влияние межфазного натяжения на степень дробления органи­ческих жидкостей пенами, а также влияние различных веществ, входящих в композиции для стирки и очистки, на межфазное натяжение па границе органическая жидкость — моющий рас­твор. Межфазпое натяжение определяли (прн 20 "С) но меюду взвешивания капли, а степень дробления оценивали по площади пятна капель жидкости одинаковой массы через некоторое рремя после нанесения пены. Площадь пятна измеряли по мик­рофотографиям с постоянным увеличением.

Полученные данные (табл. 17) показывают, что самопроиз­вольное эмульгирование анилина не наступает даже при кон­центрации сульфонола, равной 5%. Эмульгирование нитробен­зола п лг-крсзола наступает соответственно при концентрации 5 и 1%. Введение равных количеств гексаметафосфата натрия или трнпатрнйфосфата вызывает самопроизвольное эмульгиро­вание при меньших концентрациях ПАВ (табл. 18). Так, нитро­бензол самопроизвольно эмульгируется при концентрации 0,5% сульфонола и 0,5% трнпатрнйфосфата.

В табл. 19 приведены данные, характеризующие влияние концентрации сульфонола и тринатрийфосфата па эффектив­ность дробления органических жидкостей пенами, а также зна-

Таблица 18. Межфазное натяжение Ао на границе раздела раствор сульфонола НП-1 — органическая жидкость в присутствии гексаметафосфата натрия (ГМФ) и Iринатрийфосфата (ТИФ) Содержание фосфата в растворе равно содержанию сульфонола

"пав • %

До (в мН/м) на границе с жидкостью

Аиилнн

ИН1робепзол

Л-крезол

ГМФ

ТНФ

ГМФ

ТНФ

ГМФ

ТНФ

0,0312

5,71

12.1

6,68

3,26

3,1

0,0625

5,29

4,96

6,68

3,72

2,79

2,64

0,125

3,26

5,9

3,26

2,49

2,32

0,25

4,35

3,1

3,89

2,79

2,36

2,18

0,50

3,26

2,95

1,86*

1,2*

0,95*

1,0

2,8

2,5

1,71

* См. табл. 17.

Чения межфазного натяжения исследованных растворов. Из приведенных данных видно, что с увеличением концентрации сульфонола наблюдается более эффективное дробление иссле­дованных веществ. Более низкому значению межфазного натя­жения всегда соответствует более эффективное дробление орга­нической жидкости.

Влияние добавок, являющихся составными частями моющих композиций (карбоната натрия, силиката натрия, карбоксиме - тилцеллюлозы), а также растворителей (этанола и ацетона) на значение межфазного натяжения на границе раствора ПАВ с анилином иллюстрирует рнс. 86. При наличии в моющем рас­творе карбоната натрия, силиката натрия и карбоксиметилцел - люлозы в концентрации 0,05—0,1% межфазное натяжение зна­чительно снижается, поэтому вводить эти вещества в моющие композиции в большом количестве нецелесообразно. Заметное

Рис. 86. Влияние некоторых добавок (а) и растворителей (б) иа межфазиое натяжение на границе раздела 1%-ный раствор сульфонола НП-1—анилии: / — карбонат натрия; 2 — силикат натрии; 3 — карбоксимстилциллюлозя; ■/ — «шпал; 5

МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕН С ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

Ацетон.

Снижение межфазного натяжения под влиянием органических растворителей (этанол, ацетон) наблюдается лишь при боль­ших концентрациях их в растворе.

Данные, представленные па рис. 87, показывают, что в узком интервале малых значений концентрации препарата ОП-7 меж­фазиое натяжение До резко снижается, затем с ростом с значе­ние Да увеличивается. Наличие минимума на кривых подтверж­дено в работе Шварца и Перри.

Если отмываемое пеной жидкое вещество обладает пепога - сящнмп свойствами, то прн контакте пены с этим веществом оно растекается по поверхности раздела с образованием полости (см. разд. 14.3). Установлено, что при очистке различных объ­ектов с помощью пен, например, от н-валериановой кислоты, на образование «полости» расходуется лишь 0,5% пеиогасящего вещества. Однако если к оставшейся капле пеиогасящего веще­ства подвести свежую порцию пепы, что практически легко мо­жет быть реализовано (например, вследствие стекання пепы с наклонных н вертикальных поверхностей), то па образование новой «полости» будет расходоваться еще некоторое количест­во вещества, и т. д. Поэтому многократное нанесение свежих порций пены па обрабатываемую поверхность приведет к рас­пределению большей части вещества на поверхности раздела раствор — воздух и к 'полному удалению пеиогасящего вещества Дб-ю, н/м с поверхности.

Для визуального изучения процесса взаимодействия н-вале-

Рнс. 87. Влияние концентрации препа­рата ОП-7 (или ОП-Ю) иа межфазное натяжение на границе раздела моющий раствор — анплнн.

Моющий растиор содержит 0,5% сульфоно­ла и неионогениос ПАВ.

Риановой кислоты при контакте с псион были зарегистрирова­ны на кинопленку стадии образования «полости» (кислоту под­крашивали нерастворимым в воде красителем Судан-6). Кино­съемка показала, что в начальный момент в местах соприкосно­вения кислоты с пеной образуются отдельные пустоты, сливаю­щиеся в общую «полость». Процесс с большой скоростью закан­чивается через 3—5 с.

Комментарии закрыты.