一種對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法
【專利摘要】本發明公開了一種對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法，將絮凝后絮團的類型按空間形態分為四種：單體顆粒；線狀絮團；平面狀絮團；體狀絮團。這四種類型將絮團所有可能的空間形態囊括在內。本發明提出了絮凝后固液體系的表觀粘度為不同形態絮團對粘度貢獻的疊加,?其數學模型為：η＝η0+η1(x)+η2(x,DL)+η3(x,DA)+η4(x,DV)。本發明解決了一直未能解決的不同類型絮團的定量分析問題，為評價及控制絮凝效果提供了新的路徑。
【專利說明】一種對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于膠體化學及化學工程領域，具體涉及一種對絮凝體類別進行定性分析與定量測量的方法。
技術背景
[0002]在化工、礦業、污水處理等許多工業領域中，經常需要加速微細顆粒在固液體系中的沉降過程，為此可通過向固液體系中添加電解質或高分子物質而實現細小顆粒的聚集。添加電解質可降低顆粒表面電位，使顆粒間的電斥力減小而引力占優勢，這種方法也稱凝聚(cogulation);添加高分子物質，可在顆粒之間形成“架橋”作用而使之聚集，這種方法謂之絮凝(flocculation)。在實際操作中，上述兩種方法可單獨使用，也可聯合使用，因此廣義上，兩種方法可統稱為絮凝。這里采用絮凝的廣義定義。
[0003]絮凝后聚集在一起的顆粒聚集體叫做絮團(floes)。為對絮凝效果進行評價，必須分析絮團的性質。例如，絮團的粒度分析、沉降速度分析等。這些分析表征的是絮團的尺寸或密實程度，而不能有效反映絮團的空間形態。事實上，微細顆粒聚集后形成數目眾多的絮團，每個絮團具有各自的形態特征，這些不同形態的絮團對沉降的影響從而對固液分離效果的影響是不一樣的。因此有必要對絮凝產品(絮團)按空間形態進行分類并分析不同形態絮團的，本發明的目的即在于此。
【發明內容】
[0004]1、將微細顆粒絮凝后形成的絮團按空間形態分成四種類型:
[0005](1)單個顆粒(primary particles):指絮凝后仍然以原始單體形態存在的顆粒；
[0006](2)線狀絮團(linear floes):形成絮團的單元顆粒其質心處于一維空間(同一直線)；
[0007](3)平面狀絮團(planar floes):形成絮團的單元顆粒其質心處于二維空間(同一平面)；
[0008](4)體狀絮團(volumetric floes):形成絮團的單元顆粒其質心處于三維空間(立體)。
[0009]該四種類型囊括了絮團所有可能的空間形態。
[0010]2、建立固液體系的表觀粘度與不同類型絮團的關系模型。
[0011]通過對顆粒聚集機制與碎裂機制的理論分析，建立了單體顆粒及各類絮團(包括線狀絮團、平面狀絮團、體狀絮團)對固液懸浮體系表觀粘度的貢獻。
[0012]該模型形式為:
[0013]η = η ο+ π! (χ) + n a (χ, dl) + η 3 (χ.da) + π 4 (χ, Dv)(O
[0014]其中，Tl為可直接測量的固液體系表觀粘度；Jlci為液體介質的粘度，在一定溫度下為常數；H1(X)為體系中單個顆粒對體系粘度的貢獻，其為固體體積分數χ的函數；η2(χ,dl)為體系中線狀絮團對體系粘度的貢獻，其為固體體積分數X及線狀絮團分維數ι\的函數；n3(x，DA)為體系中平面狀絮團對體系粘度的貢獻，其為固體體積分數χ及平面狀絮團分維數Da的函數；n4(x，Dv)為體系中體狀絮團對體系粘度的貢獻，其與固體體積分數χ及體狀絮團分維數Dv有關。
[0015]3、不同形態絮團相對組成的定量分析
[0016]通過直接測量不同固體濃度下的表觀粘度，以數學回歸的方法可得到模型(I)中各類絮團的分維數及模型中等式右側各項的具體數值，亦即獲得不同形態絮團對體系粘度的貢獻。考慮到某種形態的絮團越多，其對體系粘度的貢獻則越大，因此可以某種絮團對體系粘度的相對貢獻而表示該類型絮團在所有形態絮團(包括絮凝后體系中剩余的單體顆粒)中的相對含量。分析模型為:
[0017]單體顆粒含量:H1(X1DlVU-1Ici)(2)
[0018]線狀絮團含量:f2=n2(x，DL)/(n-nQ)(3)
[0019]平面狀絮團含量:f3=n3(x，DL)/(n-nQ)(4)
[0020]體狀絮團所占含量:f4= n4(x, DL)/( η-nQ)(5)
[0021]并且(6)
[0022]該發明的技術方案是:
[0023]一種對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法，該方法通過對絮凝后形成的絮凝體(即絮團)按空間形態進行分類，進而建立固液體系表觀粘度與不同形態絮團之間的定量模型，最終實現對不同形態絮團相對含量的定量分析。
[0024]絮團按空間形態分為單體顆粒、線狀絮團、平面狀絮團及體狀絮團。這四種類型將絮凝處理后固液體系中固體物料所有可能的存在形態全部包括在內，這四種類型的絮團(可將單體顆粒看成只含有一個原始顆粒的特殊絮團)由于空間形態及所含原始顆粒數量的不同，對體系的宏觀性質有不同的影響。
[0025]表觀粘度是易于測量的固液體系宏觀性質之一。本發明通過建立體系表觀粘度與不同形態絮團之間的定量關系，為間接測量不同形態絮團的相對含量提供了一種全新的方法。其基本思想是:體系的表觀粘度除液體介質的貢獻外，分別由單體顆粒、線狀絮團、平面狀絮團及體狀絮團所決定，各種形態絮團對體系粘度的貢獻代表了這種形態絮團的相對含量。
[0026]本發明的有益效果是:解決了一直未能解決的不同類型絮團的定量分析問題，為評價及控制絮凝效果提供了新的路徑。
【具體實施方式】
[0027]用轉筒式流變儀測量了氧化鈣粉末與水形成的固液懸浮體系經絮凝處理后的表觀粘度，按本發明提出的模型對測量結果進行數據處理，得到絮凝后固液體系中不同類型絮團的相對含量如表I (測定條件:轉筒流變儀型號=DV-1II型；流變儀轉筒轉速:IOOrpm;氧化鈣粉末平均粒度:4.5μπι;氧化鈣濃度V/V:〈0.08;體系溫度:20°C ;絮凝劑:分子量800萬聚丙烯酰胺)。
[0028]表1:測定結果
[0029]
【權利要求】
1.一種對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法，其特征在于，該發明將絮凝后絮團的類型按空間形態分為四種:單體顆粒；線狀絮團；平面狀絮團；體狀絮團。這四種類型將絮團所有可能的空間形態囊括在內。
2.權利要求1所述的對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法，其特征在于，該發明提出了絮凝后固液體系的表觀粘度為不同形態絮團對粘度貢獻的疊加，其數學模型為:
3.根據權利要求1或2所述的對絮凝體進行定性分類與定量分析的方法，其特征在于，該方法可按下列公式計算不同類型絮團的相對含量: 單體顆粒含量: dUDj/U-n。) (2) 線狀絮團含量: f2=n2(x，DL)/(n-nQ) (3) 平面狀絮團含量: f3=n3(x，DL)/(n-nQ) (4) 體狀絮團所占含量:rU (X，D1) / (n - n a) (5) 并且4+4+6+4=1(6)。
【文檔編號】G01N11/00GK103884626SQ201410060097
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】徐繼潤, 丁仕強 申請人:大連大學