Применение высокомолекулярных веществ для защиты коллоидных растворов и флокуляции

Коллоидные растворы при добавлении к ним даже очень не­больших количеств электролита обычно легко коагулируют. Рас­творы же высокомолекулярных веществ более устойчивы к дей­ствию электролитов, для их разрушения необходимо создать очень высокую концентрацию электролитов. Если же прибавить раствор высокомолекулярного вещества к коллоидному раствору, то по­следний также приобретает устойчивость к действию электроли­тов. Это явление получило название коллоидной защиты.

Защитным действием по отношению к коллоидным растворам в воде обладают белки, полисахариды, пектиновые вещества. Ме­ханизм защитного действия сводится к адсорбции молекул высо­комолекулярного вещества на поверхности частиц золя. Адсорбируясь на частицах гидрозолей, макромолекулы белков и других растворимых в воде полимеров располагаются на поверхности твердой фазы так, что их гидрофильные (полярные) группы обра­щены к воде. Благодаря этому усиливается гидратация частиц. Если в состав полимера входят ионогенные группы, способные к диссоциации, то защитный слой сообщает частице и достаточно высокий электрокинетический потенциал: Гидратная оболочка вместе с высоким электрокинетическим потенциалом придают зо­лю необычную для него агрегативную устойчивость. Для разруше­ния такого золя необходимо прибавить к нему такое же большое количество электролита, как и для высаливания защищающего полимера из его раствора.

Примером практического использования защитного действия полимеров могут служить лекарственные бактерицидные препа­раты— протаргол и колларгол. Они представляют собой гидро­золи серебра, защищенные белками. Устойчивость их так вели­ка, что их можно высушить до состояния порошка, который в во­де снова образует высокодисперсный золь. Адсорбированный на поверхности коллоидных частиц белок не снижает бактерицид­ного действия серебра.

Одним из нежелательных явлений в виноделии является по­мутнение вина. Это связано с потерей агрегативной устойчивости коллоидных частиц, находящихся в вине, и образованием доста­точно крупных агрегатов. Однако в вине содержатся и высокомо­лекулярные соединения, обладающие защитным действием. Это, главным образом, камеди —соли высокомолекулярных кислот, со­стоящих из остатков гексоз и пентоз. Если содержание защитных веществ в вине достаточно большое, то оно будет стойким к по­мутнению. Искусственное введение в вино камеди предупреждает помутнение даже при хранении вина в неблагоприятных условиях.

В некоторых случаях добавление к коллоидному раствору вы­сокомолекулярного вещества в количествах, недостаточных для защиты, снижает устойчивость золя. Это явление обычно наблю­дается у полиэлектролитов с линейными макромолекулами. Оно объясняется тем, что макромолекула адсорбируется своими кон­цами на разных коллоидных частицах и связывает их в один круп­ный агрегат. В результате коллоидные частицы образуют легко осаждаемые хлопья — флокулы. Сам же процесс осаждения кол­лоидных частиц под влиянием полиэлектролитов получил назва­ние флокуляции.

Флокуляция широко используется для осаждения суспензий и золей, особенно при очистке природных и сточных вод. Сточные воды горнодобывающей, металлургической, химической промыш­ленности, а также промышленности строительных материалов, бумажных и текстильных фабрик содержат очень тонкие суспен­зии различных веществ, которые не осаждаются в отстойниках да= же за несколько суток. Применение флокулянтов позволяет уве­личить скорость осветления сточных вод в 5—10 раз. Во многих случаях целесообразно вводить флокулянты вместе с неоргани­ческими электролитами — коагулянтами.

Флокулянты применяют также для очистки сточных вод пред­приятий пищевой промышленности. Сточные воды заводов расти­тельных масел рекомендуется обрабатывать сульфатом алюми­ния (10—30 мг/л) и флокулянтом — полиэлектролитом (0,5мг/л). Подвергают обработке флокулянтами сточные воды рыбо- и мя­соперерабатывающих предприятий.

Помимо очистки сточных вод флокуляция используется в тех­нологических процессах пищевых производств. Для осветления вина очень часто его обрабатывают бентонитовыми глинами (бен­тонитом). Бентонитовые глины образуют в вине высокодисперсную суспензию, частицы которой, медленно осаждаясь, хорошо ад­сорбируют белки, сообщающие вину мутность. Для ускорения осаждения бентонитовой суспензии применяют различные флоку­лянты— полиэлектролиты, например, полиакриламид, который содержит группы —NH2 и —СООН. Комбинированная обработка вина бентонитом и полиакриламидом значительно сокращает про­должительность процесса осветления.