Введение к работе
Актуальность работы. Со времени открытия электрофореза Рейссом изучению этого явления были посвящены многочисленные работы. Исследовалось движение в постоянном электрическом поле частиц разнообразной природам различной формы и размера, в полях напряженно етьп от нескольких до сотен и тысяч вольт на сантиметр. Была разработана теория концентрационной поляризации и электрофореза проводящих и непроводящих частиц как в линейном, так и в нелинейном режимах. Результаты экспериментальных исследований находятся в хорошем согласии с теорией и, казалось, ничего принципиально нового от электрофореза дисперсных частиц ожидать нельзя. И действительно, класс электрокинетических явлений, связанных с двойным электрическим слоем ( ДС ) дисперсной частицы, изучен достаточно полно.
В появившихся в 1987 г. работах было положено начало теоретических ( Духин С.С., Мищук Н.А. ) и экспериментальных ( Духин С.С. Мищук Н.А., Таровский А.А., Варан А.А. ) исследований принципиально нового класса электрокинетических явлений. До этого электрофорез связывали исключительно с нарушением электронейтральности в двойном электрическом слое и даже не предполагалась возможность иного механизма возникновения движения частиц в постоянном электрическом поле. Однако, оказалось, что при определенных условиях у поверхности частицы ~с униполярной проводимостью может образовываться объемный заряд совершенно иной, чем в ДС, природы, причем независящий от существования двойного слоя. И с этим зарядом так же связано движение частицы в постоянном электрическом.поле, т.е. электрофорез. В результате происходит расширение класса явлений, попадающих под название "электрофорез". Мы сталкиваемся с ситуацией, когда в рамках одного понятия необходимо различать два класса электрокинетических явлений. С.С.Духиным было предложено назвать новое явление электрофорезом второго рода ( электрофорез - 2 ) и, соответственно, для ранее известного класса электрокинетических явлений, связанных с диффузной частью ДС, ввести уточнение -электрофорез первого рода ( электрофорез - I ).
Первые экспериментальные исследования электрофореза - 2 выявили зависимость подвижности частиц ионита КУ-2М8 от их размера и напряженности внешнего поля. Причем наиболее ярко особенности нового явления ( по сравнению с ранее известными режимами электрофореза ) проявлялись при увеличении размера дисперсных частиц и при повышении напряженности электрического поля, где исследование
электрофореза в водных средах осложнено целым рядом сопутствующих явлений ( газовыделение на электродах, термоконвекция, быстрая седиментация частиц ). Ва*шо было преодолеть оти трудности и исследовать электрофорез - 2 именно для крупных частиц в сильных электрических полях. Так как изучение движения частиц в этих наиболее интересных режимах ранее не проводилось, направления дальнейшего исследования нового электрокинетического явления могли быть самые разнообразные. Важно было изучить влияние на скорость электрофореза различных внешних факторов, внутренних характеристик системы. Наша задача состояла в экспериментальном исследовании закономерностей, позволяющих выявить особенности нового явления и раскрыть механизм его возникновения.
Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании закономерностей электрофореза второго рода на примере системы синтетические ионообменные смолы - водный раствор электролита. Поставленная цель предполагает решение следующих задач : определение зависимости скорости электрофореза ионитов от напряженности электрического поля, от природы ионитов, от формы и размера частиц, выяснение влияния типа и концентрации равновесного электролита на электрофо-ретическую подвижность различных типов синтетических ионитов. Для реализации поставленной цели было необходимо разработать ряд новых экспериментальных методик определения скорости электрофореза крупных частиц ионита в сильных электрических полях.
Научная новизна. Впервые установлены закономерности движения частиц различных ионитов в широком интервале значений напряженности электрического поля и-размера частицы, что позволило подтвердить существование нового электрокинетического явления - электрофореза второго рода, предсказанного теоретически.
Установлено, что эффективный электрокинетический потенциал, характеризующий электрофорез крупных частиц ионитов в сильных электрических полях, существенно превышает злектрокинетический .потенциал отих ионитов микронных размеров, а также в десятки раз выше эффективного электрокинетического потенциала, характеризующего движение непроводящих частиц в широком интервале изменения их размера и напряженности электрического поля.
Показано, что характер зависимости скорости электрофореза от типа и концентрации равновесного электролита определяется не состоянием поверхности, а характером изменения электропроводности объема и:ішт в различных средах.
Предложены новые методики измерения скорости электрофореза крупных частиц ионита в сильных электрических полях. Впервые измерена скорость электрофореза частиц с помощью электрофоретической ячейки проточного типа. Для гранул КУ-2*8 с диаметром около 0,5 ш зафиксировано сверхбыстрое движение ( 12 см/сек ) в электрическом поле напряженностью около I кВ/ем.
Практическое значение работы. Установленные в диссертационной работе закономерности электрофореза второго рода могут служить основой для решения различных практических задач. Так, зависимости, выявленные для скорости движения частиц в сильных электрических полях, могут быть использованы для разделения частиц с различными свойствами : - по размеру,основываясь на зависимости скорости электрофореза второго рода от размера частицы;
по характеру и величине электропроводности, основанные на том, что скорость движения проводящей'частицы в сильном электрическом поле может в десятки раз превышать скорость движения частицы с низкой электропроводностью;
по различной зависимости скорости электрофореза - 2 от типа равновесного раствора, его концентрации, заряда противоиона,
для разных типов объектов.
Высокие скорости движения частиц в реісиме электрофореза - 2 могут быть использованы для интенсификации различных технологических процессов.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на конференциях молодых исследователей ИКШЗ АН УССР ( 1987, 1988, 1989 гг. ), всесоюзном семинаре по электроповерхностным явлениям ( Киев, 1988 г. ), всесоюзном семинаре по электромеыбранным процессам ( Краснодар, 1990 г. ).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей, тезисн конференции.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав текста, заключения, выводов и списка литературы из наименований.