Активация вещества посредством заряжения дисперсных частиц Активация вещества посредством заряжения дисперсных частицНедавно был разработан новый способ активации химических реакций, основанный на предварительном электрическом заряжении дисперсных частиц, вступающих в реакцию с жидким реагентом.

Известно, что реакционная способность частиц твердой фазы определяется химическим потенциалом частиц μ. При приобретении частицей заряда, приращение химического потенциала составит:

zFψ,

где z – число элементарных зарядов, поглощенных частицей; F – постоянная Фарадея; ψ – потенциал частицы.

Химический потенциал частицы, поглотившей электроны, в соответствии с уравнением Гугенгейма, может быть определен следующим образом:

μs = μ + zFψ.

Заряжение твердых дисперсных частиц производится в пылегазовом потоке. В этом случае ответственность за заряжение частиц несет трибоэлектричество. В пылегазовом потоке твердые частицы трутся друг о друга и о стенки продуктопровода. Происходит трибоэлектризация частиц. Затем пылегазовый поток вводится в жидкий реагент. Другими словами, проводится барботаж жидкого реагента запыленным газом. Электростатическое рассеивание заряженных твердых частиц в всплывающем газовом пузыре выводит частицы на поверхность пузыря. Это происходит даже при незначительном заряжении дисперсных частиц аэрозоля. Скорость изменения концентрации аэрозоля в пузыре не зависит от размера пузыря и одинакова во всех его частях. В зоне межфазной границы жидкость – газ твердые частицы вступают в химическую реакцию.

В табл. 19 приведены результаты исследований по влиянию активации дисперсных частиц с помощью трибозаряжения на скорость их реакции с жидким реагентом. Данные предоставлены аспирантом А.Б. Слабинской.

Необходимо отметить, что выход продукта реакции при трибо-электризации превышает 90 %.


Таблица 19

Скорость растворения дисперсных частиц, активированных трибозаряжением V1, неактивированных дисперсных частиц V2, концентрация щавелевой кислоты C

Растворение карбоната магния в щавелевой кислоте

Скорость растворения

C = 0,1М

C = 0,2М

C = 0,3М

V1 (активированный порошок), см3/с

1,41

1,66

0,67

V2 (неактивированный порошок), см3/с

0,95

1,09

0,50

Кратность увеличения скорости

1,48

1,52

1,34

Растворение карбонильного железа в серной кислоте

Скорость растворения

C = 0,1М

C = 0,2М

C = 0,3М

V1 (активированный порошок) см3/с

0,300

0,130

0,100

V2 (неактивированный порошок), см3/с

0,175

0,069

0,052

Кратность увеличения скорости

1,72

1,88

1,92

Однако после активации дисперсные частицы должны быстро вступать в химическое взаимодействие с жидким или другим реагентом. При хранении активированного порошка скорость химического взаимодействия снижается (рис. 4).

Активация вещества посредством заряжения дисперсных частиц

Рис. 4. Зависимость скорости растворения медного порошка V от времени его выдержки после активации τ. Реагент – салицилальанилин, растворенный в диметилформамиде, концентрация 0,1 моль/л

Активность порошка, прошедшего трибозаряжение в пылегазовом потоке, заметно уменьшается в течение нескольких минут. Поэтому частицы пылегазового потока должны вводиться в жидкий реагент сразу после трибозаряжения. Пылегазовый поток должен барботировать жидкость, содержащую реагент.

Добавим, что вращение частиц в пылегазовом потоке с огромной скоростью должно приводить к усилению массообменных процессов.

Экспериментально был определен знак заряда частиц, прошедших трибозаряжение в пылегазовом потоке (табл. 20). Однако изменение знака заряда частицы не повлияло на скорость химического взаимодействия.

Таблица 20

Знак заряда дисперсных частиц, прошедших трибозаряжение

Дисперсные частицы

Знак заряда

Cu плюс шлам

Положительный

CuS

Отрицательный

V2O3

Отрицательный

VO2

Отрицательный

Поскольку частицы в пылегазовом потоке сталкиваются друг с другом и стенками продуктопровода, то предполагалось образование дислокаций. Однако рентген не подтвердил образования дополнительных дефектов в кристаллической решетке пылевых частиц.

Еще одной причиной повышения активности дисперсных частиц могло явиться увеличение ξ-потенциала флотируемой частицы.

Вообще существует множество способов электризации аэрозольных частиц. Возможные способы электризации описаны в.
  • Читать все новости