Коагуляція аерозолів та методи їх руйнування

Аерозолі належать до нестійких дисперсних систем. Вони не ма­ють факторів стабілізації, характерних для ліозолів. Тому, володіючи за високої дисперсності достатньою седиментаційною стійкістю, аерозолі є агрегативно нестійкими системами. Цим і пояснюється відносно не­велика тривалість "життя" будь-якого аерозолю.

Внаслідок інтенсивного броунівського руху в системах з газовим дисперсійним середовищем, коагуляція аерозолів відбувається значно швидше, ніж ліозолів. На її швидкість впливає також полідисперсність аерозолів, форма частинок та наявність на них протилежних за знаком зарядів (біполярність).

На практиці аерозолі руйнують кількома основними методами: зміною швидкості та напрямку потоку аерозо­лю, дією ультразвуку, фільтрацією та дією електричного поля.

Виділення дисперсної фази з аеро­золю шляхом зміни швидкості та на­прямку його руху проводять у спеціаль­них апаратах - циклонах - циліндрич­них резервуарах з конічним днищем (мал. 9).

При пропусканні потоку аерозолю крізь циклон у ньому виникають великі відцентрові сили, що примушують тверді частинки втрачати швидкість і

Мал. 9 Мал. 10

осідати на дно апарата. За допомогою циклона вдається осадити час­тинки з розміром більшим за 1 ∙ 10^{-6 м.}

Ультразвуковий метод використовують в основному для руйнуван­ня туманів, наприклад сульфатнокислого. Процес коагуляції відбуваєть­ся дуже швидко, впродовж кількох секунд. Метод малоефективний для руйнування дуже розбавлених аерозолів.

Тонке очищення газів від аерозольних частинок досягається фільтру­ванням. З цією метою широко застосовують паперові, азбестові та тка­нинні фільтри. Дуже дрібні частинки відокремлюють від газової фази за допомогою фільтрів з поруватих керамічних матеріалів.

Аерозолі можна зруйнувати також дією електричного поля високої напруги (до 50000 В), у якому відбувається йонізація молекул дисперсій­ного середовища (газу). З цією метою на практиці використовують елек­трофільтри (мал. 10.).

Під час пропускання крізь них аерозолю, частинки дисперсної фази адсорбують йони газу, набувають заряду і під дією електричного поля осідають на протилежно зарядженому електроді.

Значення аерозолів

Практичне значення аерозолів дуже велике, оскільки утворення і переміщення природних аерозолів (хмар і туманів) значною мірою впли­ває на клімат регіону.

У сільському господарстві аерозолі застосовують для захисту рос­лин від шкідників та хвороб, а також для знищення бур'янів. Щоб захи­стити квітучі дерева від весняних приморозків, їх обкурюють - створю­ють димові завіси, спалюючи димові шашки.

У техніці і побуті аерозолі застосовують для покриття фарбою або лаком деталей машин, стін будинків та інших поверхонь. Порівнянно з іншими способами покриття, аерозольний метод дає значну економію матеріалів та часу.

Зростає значення аерозолів у побуті. У 60-х роках минулого сто­ліття з'явились і швидко набули популярності аерозольні балончики, в яких рідина (розчин, суспензія або емульсія речовини), яку потрібно роз­пилити, під тиском фреону надходить у клапан-розпилювач і перетво­рюється на аерозоль, або спрей. Аерозольні балончики застосовують у парфумерії та з гігієнічною метою (дезодоранти), для розпилення лікарсь­ких препаратів, інсектицидів, фарб, лаків, емалей, для чищення віконно­го скла, скляного посуду тощо.

Аерозолі знайшли застосування у медицині, зокрема, лікування ними виявилося найефективнішим у боротьбі з багатьма захворюваннями верхніх дихальних шляхів. Застосовуючи різноманітні лікарські препа­рати у вигляді аерозолів (інгаляцій), лікують простудні, інфекційні та алергічні захворювання легенів, бронхів, горла та носа.

Проте необхідно знати і про негативне значення аерозолів для жит­тєдіяльності людини. Промислові аерозолі, які утворюються в процесі видобування руд та вугілля, подрібненні матеріалів, виробництві цемен­ту та спалюванні палива, завдають шкоди природі та загрожують здо­ров'ю людини.

Прикладом негативного впливу на довкілля є утворення в промис­лових містах різного типу смогів. Особливо небезпечними є кислотні смоги, бо внаслідок їх взаємодії з хмарами випадають так звані "кис­лотні дощі". Вони викликають підкислення ґрунту, зменшуючи його родючість, спричинюють засихання лісів, особливо соснових. Ставки та озера перетворюються у розчини кислот, у яких гине вся живність.

Частинки гірських порід, цементного пилу, вугілля, азбесту та дея­ких інших речовин, особливо канцерогенних, завдають непоправної шкоди здоров'ю людини, викликають важкі професійні хвороби. Попадаючи з повітрям у легені, вони осідають на альвеолах і зумовлюють легеневі захворювання - пневмоконіози. Залежно від природи пилу розрізняють такі види пневмоконіозів: силікоз, коли діє кварцовий пил; антракоз - вугільний; азбестоз - азбестовий пил тощо. Пневмоконіози важко діа­гностувати, і може минути 10-12 років, поки виявиться руйнівна дія пилу на організм, тому лікування цих захворювань утруднене.

Пневмоконіози спричинюють диспергаційні аерозолі, однак не менш шкідливими для здоров'я людини є і конденсаційні аерозолі. Особливо небезпечні такі, що утворюються в кольоровій металургії, шкідливість яких зумовлена токсичною дією важких металів, що викликають дена­турацію білків, зв'язування їх сульфгідрильних груп і зміну механізму біохімічних реакцій у клітинах.

Шкідливо діють на здоров'я людини і патогенні аерозолі, оскільки зараження такими хворобами, як гострі респіраторні захворювання, грип, туберкульоз легенів, легенева чума, менінгіт, орнітоз тощо, відбувається головним чином при вдиханні аерозолів мікробної та вірусної природи.

Отже, вивчення фізико-хімічних властивостей аерозолів, способів їх одержання та руйнування мають суттєве значення для медицини.

Методичні рекомендації

1. При вивченні першого питання звернути увагу на диспергаційні та конденсаційні методи одержання аерозолів.
2. При розгляді другого питання ознайомитися з термінами «термопреципітація», «термофорез», «фотофорез».
3. У ході вивчення третього питання ознайомитися з принципами функціонування циклон – апарату.
4. Ознайомлюючись з четвертим питанням, звернути увагу на причини виникнення пневмоконіозів.

Завдання для самоконтролю:

1.Заповнити таблицю:

Шкідлива дія аерозолів	Корисна дія аерозолів

 

Тести для самоконтролю:

Рівень І

1. Явище осідання частинок аерозолю на холодній поверхні внаслідок термофорезу, називається …

а) фотофорезом; б) електрофорезом;

в) термопреципітацією; г) седиментацією.

2. Вказат вид пневмоконіозу, який спричинює кварцовий пил:

а) антракоз; б) флюороз;

в) азбестоз; г) силікоз.

3. Вказати метод одержання аерозолів, у процесі якого використовують високочастотний струм:

а) ультразвукове розпилення; б) пневморозпилення;

в) електродинамічне розпилення; г) механічне розпилення.

Рівень ІІ

4. Аерозолі належать до дисперсних систем, які характеризуються такими властивостями:

а) належать до вільнодисперсних систем;

б) дисперсійним середовищем є газ;

в) розмір частинок дисперсної фази менше як 10^-9м;

г) містять тверду або рідку дисперсну фазу.

5. Встановити відповідність між процесом та його суттю:

1) термофорез а) зменшення дисперсності аерозолю внаслідок укрупнення

частинок дисперсної фази;

2) фотофорез б) осідання частинок аерозолю на холодній поверхні

внаслідок термофорезу;

3) термопреципітація в) осідання частинок дисперсної фази внаслідок дії сили

тяжіння;

4) коагуляція г) рух частинок аерозолю при односторонньому

освітленні;

д) напрямлене переміщення частинок аерозолю у

напрямку ділянки нижчої температури.

6. Встановити відповідність між типом аерозолів та їх характеристикою:

1) туман а) розмір частинок > 10^-5м, дисперсна фаза тверда;

2) дим б) розмір частинок 10^-9 - 10^-5м, дисперсна фаза тверда;

3) пил в) розмір частинок < 10^-5м, дисперсна фаза тверда

г) розмір частинок > 10^-5м, дисперсна фаза рідка

Рівень ІІІ

1. Обчислити середній радіус частинок диму (м), якщо дисперсність цього аерозолю дорівнює 6 ∙10⁶ м^-1:

а) 6 ∙10 ^-6; б) 8,3 ∙10 ^-8; в) 1,67 ∙10 ^-7; г) 3 ∙10 ^-6.