胶体和胶体稳定性.pdf

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1、1 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6 6.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 6.2 胶团表面的双电层胶团表面的双电层 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体胶体是由一种或几种物质在连续的介质中形成的分散体系是由一种或几种物质在连续的介质中形成的分散体系 一种或几种物质分散在另一种物质中构成分散体 系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。 分散体系 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在 1

2、nm1000 nm之间 的体系 之间 的体系 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体分散体系胶体分散体系 泡沫塑料 珍珠 有色玻璃 固溶胶 气 液 固 固 肥皂泡沫 牛奶 油漆 泡沫 乳状液 液溶胶 气 液 固 液 云、雾 烟、尘 气溶胶 液 固 气 泡沫塑料 珍珠 有色玻璃 固溶胶 气 液 固 固 肥皂泡沫 牛奶 油漆 泡沫 乳状液 液溶胶 气 液 固 液 云、雾 烟、尘 气溶胶 液 固 气 实例名称分散相 分散 介质 实例名称分散相 分散 介质 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体分散体系胶体分散体系(按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类) 憎液溶胶 亲液溶胶 缔合胶体 憎液溶胶

3、 亲液溶胶 缔合胶体 高度分散的多相系统，热力学不稳定系统 高分子溶液，均相的热力学稳定系统 表面活性剂胶束，热力学稳定系统 高度分散的多相系统，热力学不稳定系统 高分子溶液，均相的热力学稳定系统 表面活性剂胶束，热力学稳定系统 类型类型 性质性质 憎液憎液 溶胶溶胶 大分子大分子 溶液溶液 小分子小分子 溶液溶液 胶粒大小胶粒大小 1100nm 1100nm 1nm 分散相存在单元分散相存在单元 多分子组成的多分子组成的 胶粒胶粒 单分子单分子 单分子单分子 能否透过半透膜能否透过半透膜 不能不能 不能不能 能能 是否热力学是否热力学 稳定体系稳定体系 不是不是 是是 是是 丁达尔效应丁达尔

4、效应 强强 微弱微弱 微弱微弱 粘度粘度 小，与介质相似小，与介质相似 大大 小小 对外加电解质对外加电解质 敏感敏感 不太敏感不太敏感 不敏感不敏感 聚沉后再加聚沉后再加 分散介质分散介质 不可逆不可逆 可逆可逆 可逆可逆 三种分散系统的比较三种分散系统的比较胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 一、光学性质一、光学性质 丁达尔丁达尔(Tyndall)效应效应 (乳光效应乳光效应) 光的散射光的散射 散射光的强度可由瑞利公式计算散射光的强度可由瑞利公式计算 实质实质: 0 2 2 2 2 1 2 2 2 1 4 23 ) 2 ( 24 I nn nnV I

5、+ = + = 2 I 单位体积液溶胶的散射光强度单位体积液溶胶的散射光强度; I0入射光强度入射光强度; 入射光波长入射光波长; V 分散相粒子的体积分散相粒子的体积; 单位体积中的粒子数单位体积中的粒子数; n1, n2 分散相及分散介质的折射率 瑞利 分散相及分散介质的折射率 瑞利(L.W.Rayleigh)公式公式 5.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 一、光学性质一、光学性质 0 2 2 2 2 1 2 2 2 1 4 23 ) 2 ( 24 I nn nnV I + = + = 丁达尔效应丁达尔效应 I 波长愈短散射愈强。当用白光照射溶胶时， 散射光呈淡蓝色，透过光呈橙红色 波长愈

6、短散射愈强。当用白光照射溶胶时， 散射光呈淡蓝色，透过光呈橙红色 I V 2鉴别真溶液与胶体鉴别真溶液与胶体 0 2 2 2 2 1 2 2 2 1 4 23 ) 2 ( 24 I nn nnV I + = I 测定溶胶的乳光强度测定溶胶的乳光强度(浊度浊度)，浊度计的设计原理，浊度计的设计原理 2 2 2 2 1 2 2 2 1 ) 2 ( nn nn + I 分散相与介质的折射指数相差越大分散相与介质的折射指数相差越大, 散射光 越强，可区别高分子溶液与溶胶 散射光 越强，可区别高分子溶液与溶胶 5.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 一、光学性质一、光学性质 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定

7、性 6.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 二、布朗运动二、布朗运动 微小粒子在分散介质中做不规则运动称为布朗运动微小粒子在分散介质中做不规则运动称为布朗运动 布朗运动是胶体粒子的热运动表现，是分子热运动的结果布朗运动是胶体粒子的热运动表现，是分子热运动的结果 当半径大于当半径大于5 m， Brown运动消失 扩散作用 沉降平衡 运动消失 扩散作用 沉降平衡 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 三、动电现象三、动电现象 电动现象 电泳 电渗 流动电势 沉降电势 固、液相间的相对移动产生电势差 外加电场下固、液相间的相对移动 电动现象 电泳 电渗 流动电势 沉降

8、电势 固、液相间的相对移动产生电势差 外加电场下固、液相间的相对移动 （1）电泳 在外直流电场作用下， ）电泳 在外直流电场作用下，离子或 带电粒子和附着于粒子表面的物 质 离子或 带电粒子和附着于粒子表面的物 质相对于液体介质的定向运动。 （ 相对于液体介质的定向运动。 （2）电渗 在外电场作用下，液体介质相 对于它接触的静止的 ）电渗 在外电场作用下，液体介质相 对于它接触的静止的带电固体带电固体表 面（孔性物质的毛细管束表面或 通透性栓塞）的定向运动。 表 面（孔性物质的毛细管束表面或 通透性栓塞）的定向运动。 5.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 三、动电现象三、动电现象 （3）流动电

9、势 在外力作用下液体介质相 对于静止 ）流动电势 在外力作用下液体介质相 对于静止带电表面带电表面流动而产 生的电势差。流动电势是电 渗的逆过程。 （ 流动而产 生的电势差。流动电势是电 渗的逆过程。 （4）沉降电势 在外力作用下 ）沉降电势 在外力作用下带电粒子带电粒子相 对于液体介质的运动而产生 的电势差。沉降电势是电泳 的逆过程。 相 对于液体介质的运动而产生 的电势差。沉降电势是电泳 的逆过程。 5.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 三、动电现象三、动电现象 3 (AgI)mnI-,(n-x)K+x-xK+ 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.2 胶团

10、表面的双电层胶团 表面的双电层 AgNO3+ KI AgI + KNO3 KI过量过量 (AgI)m I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- I- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ 滑动面滑动面 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 法扬斯法扬斯-帕尼思（帕尼思（Fajans-Pancth）规则：胶核优先吸附能与 组成固体表面的离子生成难溶物或电离度很小化合物的离子 ）规则：胶核优先吸附能与 组成

11、固体表面的离子生成难溶物或电离度很小化合物的离子 (AgI)mnI-,(n-x)K+x-xK+ 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 双电层双电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层 表面电势表面电势 0：带电质点表面与液体的电位差 ，：带电质点表面与液体的电位差 ，热力学电位 动电位（ 热力学电位 动电位（ 电势）电势）：固、液两相发生相对运动的边界处与液 体内部的电位差， ：固、液两相发生相对运动的边界处与液 体内部的电位差，实测电位实测电位 胶体和胶体稳定性胶体和胶

12、体稳定性 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 5.2.1 胶粒表面的双电层模型胶粒表面的双电层模型 Helmholtz 平板电容器模型平板电容器模型 不能解释表面电势不能解释表面电势 0与与 电势的区别电势的区别 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x0 0 电荷分布如同平板电容器 不能解释电解质对电势的影响 电荷分布如同平板电容器 不能解释电解质对电势的影响 表面电势表面电势 0 5.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.1 胶粒表面的双电层模型胶粒表面的双电层模型 GouyChapman 扩散双电层模型扩散双电层模型 静电力：使反离子趋向表面 溶剂

13、化：减弱静电力 热运动：使反离子趋于均匀分布 静电力：使反离子趋向表面 溶剂化：减弱静电力 热运动：使反离子趋于均匀分布 总结果：反离子扩散分布总结果：反离子扩散分布 距表面距表面x处的电势处的电势 与表面电势与表面电势 0 的关系：的关系： = o e - x -1：双电层厚度：双电层厚度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? x0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 电势电势 1202 ii 2 en Z () kT 5.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.1 胶粒表面的双电层模型胶粒表面的双电层模型 = o e - x -1：双电层厚度， 对低能表面 （

14、：双电层厚度， 对低能表面 （25mV） 1 2 22 1 iii kT ec z = ：介质相对介电常数；：介质相对介电常数；K K：波尔兹曼常数；：波尔兹曼常数；e e：电子电荷；：电子电荷； T T：绝对温度；：绝对温度；z z：离子价数; ：离子价数; c c： 电位处电解质溶液浓度电位处电解质溶液浓度 仅和仅和温度温度及体相及体相电解质类型电解质类型和和浓度浓度有关有关 6.2.1 胶粒表面的双电层模型胶粒表面的双电层模型 Stern扩散双电层模型扩散双电层模型 质点与表面除静电作用 外，还有范德华作用； 因此 质点与表面除静电作用 外，还有范德华作用； 因此表面形成一固定吸 附层：

15、 表面形成一固定吸 附层：Stern层层 ：Stern电势，带电质点电势，带电质点 Stern面与液体的电位差面与液体的电位差 ：滑动面与溶液本体之 间的电位差 ：滑动面与溶液本体之 间的电位差 Stern模型：固定层扩散层Stern模型：固定层扩散层 4 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 + + ? ? ? ? ? ? ? ? Stern面面 滑动面滑动面 距离 距离 0 Stern面 ? ? ? ? ? ? ? 电位电位：胶体粒子表面双电层的 滑移面和溶液本体的电位差 胶体粒子表面双电层的

16、滑移面和溶液本体的电位差 关于关于电位电位 a. 一般一般| |； b. 值受外加电解质的影响；值受外加电解质的影响； c. 的大小是衡量胶体稳定的尺度；的大小是衡量胶体稳定的尺度； d. 电泳和电渗产生的原因电泳和电渗产生的原因 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位 （ 双电层中的动电位电位 （1） 影响电位的因素） 影响电位的因素 pH的影响（最重要因素）的影响（最重要因素） 溶液中的离子强度（电解质的浓度） 特殊吸附的离子 溶液中的离子强度（电解质的浓度） 特殊吸附的离子(特性吸附特性吸附) 6.2 胶团 表面的

17、双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 （1） 影响电位的因素 溶液中的离子强度 （电解质的浓度） ） 影响电位的因素 溶液中的离子强度 （电解质的浓度） 4 = 0 距离距离 滑动面滑动面 c1 c2 c3 0）。 ）。 5 （2）pH 及其应用及其应用 处于等电点时的颗粒最不稳定，易发生团聚， 故在制备颗粒的均分散体系时应注意 处于等电点时的颗粒最不稳定，易发生团聚， 故在制备颗粒的均分散体系时应注意pH值的调节， 使其尽量远离 值的调节， 使其尽量远离pH IEP 陶瓷工业中的泥浆属于粘土陶瓷工业中的泥浆属于粘土-水系统： 水系统： -电位较高，泥

18、浆的稳定 性高。反之，当 电位较高，泥浆的稳定 性高。反之，当-电位降低，胶粒间斥力减小，逐步趋近，当 进入范德华引力范围内，泥浆就会失去稳定性，粘土粒子很快聚 集沉降并分离出清液，泥浆的悬浮性被破坏，从而产生絮凝或聚 凝现象。 电位降低，胶粒间斥力减小，逐步趋近，当 进入范德华引力范围内，泥浆就会失去稳定性，粘土粒子很快聚 集沉降并分离出清液，泥浆的悬浮性被破坏，从而产生絮凝或聚 凝现象。 污水处理，压缩双电层，越小越好污水处理，压缩双电层，越小越好 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 在研究两种颗粒相互包覆的时候，应选择在两种

19、颗 粒的等电点 在研究两种颗粒相互包覆的时候，应选择在两种颗 粒的等电点pH IEP之间的之间的pH值范围内进行包覆，为研究 问题的方便，常用到 值范围内进行包覆，为研究 问题的方便，常用到pH图图 pH 0 mV mV pH图图 （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 Y(NO3)3、尿素、尿素、

20、PVP 、PSA微球微球 (NH2)2CO H2O 2NH3 CO2 NH3 H2O NH4 OH CO2 H2O CO32 2H Y3 OH CO32 Y(OH)CO3 Y3 3OH Y(OH)3 pH值较低时，以碱式碳酸盐为主：值较低时，以碱式碳酸盐为主： Y3 (NH2)2CO 3H2O Y(OH)CO32 NH4 H （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 1

21、0 20 30 024681012 pH Zeta potentials/mv c b a 三种颗粒随pH值变化的电位图三种颗粒随pH值变化的电位图 PSA微球（乳胶粒），微球（乳胶粒），3.2 Y(OH)CO3颗粒，颗粒，4.3 Y(OH)COY(OH)CO3 3PSA核壳微球，5.6PSA核壳微球，5.6 （2）pH 及其应用及其应用 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 其包覆机理主要为高分子微球表面的静电吸附作用， 其动力学过程取决于 其包覆机理主要为高分子微球表面的静电吸附作用， 其动力学

22、过程取决于pH值变化速率值变化速率 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 双电层静电斥力 空间位阻 溶剂化作用 热力学不（亚）稳体系 重力 双电层静电斥力 空间位阻 溶剂化作用 热力学不（亚）稳体系 重力 不稳因素稳定因素不稳因素稳定因素 Brown运动运动 Brown运动运动 6 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 (1)DLVO理论理论静电稳定理论静电稳定理论 (2)空间稳定理论空间稳定理论吸附高聚物稳定胶体吸附高聚物稳定胶体 (3)空位稳定理论空位

23、稳定理论自由高聚物稳定胶体自由高聚物稳定胶体 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3.1.1 DLVO理论理论经典稳定理论经典稳定理论 6.3.1 胶体稳定理论胶体稳定理论 带电胶粒之间存在着两种相互作用力：双电层重叠时 的静电斥力和粒子间的长程范德华吸引力，它们相互作用 决定了胶体的稳定性。 带电胶粒之间存在着两种相互作用力：双电层重叠时 的静电斥力和粒子间的长程范德华吸引力，它们相互作用 决定了胶体的稳定性。 当吸引力占优势时，溶胶发生聚沉；当吸引力占优势时，溶胶发生聚沉； 当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于布朗运动而当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于布朗运动而 发生碰撞聚沉时，

24、则胶体处于稳定状态。发生碰撞聚沉时，则胶体处于稳定状态。 2 0 2 exp()1 64 2 exp() exp()1 2 i Ze an kT kT Uh Ze kT = + R E 两球形粒子双电层 重叠时的排斥能： 两球形粒子双电层 重叠时的排斥能： Hh 6.3.1.1 DLVO理论理论 提高粒子排斥能可从两个方面考虑：提高粒子排斥能可从两个方面考虑： a）提高胶粒的表面电位a）提高胶粒的表面电位 b）增大扩散双电层的厚度b）增大扩散双电层的厚度 a : 粒子半径粒子半径 n0: 溶液中电解质浓度溶液中电解质浓度 : 扩散双电层厚度的倒数扩散双电层厚度的倒数 Z : 离子价数离子价数

25、: 粒子表面电势粒子表面电势 h : 粒子之间的距离粒子之间的距离 12 A Aa E h = A：哈默克（：哈默克（Hamaker） 常数，粒子的物质属性， 与其组成和性质（如极化率、密度、介电常数）有 关，一般在 ） 常数，粒子的物质属性， 与其组成和性质（如极化率、密度、介电常数）有 关，一般在 10-2010-19J之间。 两球形粒子的 范德华吸引能： 之间。 两球形粒子的 范德华吸引能： 6.3.1.1 DLVO理论理论 h a : 粒子半径粒子半径 h : 粒子之间的距离粒子之间的距离 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 6.3

26、.1.1 DLVO理论理论 混合前体系的范德华吸引能 混合后体系的范德华吸引能 混合前体系的范德华吸引能 混合后体系的范德华吸引能 1100 A EEE=+ 1011010 A EEEE=+ 1111 6.3.1.1 DLVO理论理论 11001011010 EEEEE+=+ 假设粒子半径相同，间距相同：假设粒子半径相同，间距相同： 1011100102 AAAA=+ A101: 两个相同粒子在分散介质中的两个相同粒子在分散介质中的Hamaker 常数；常数； A11：两个相同粒子在真空中的：两个相同粒子在真空中的Hamaker 常数；常数； A00：分散介质的：分散介质的Hamaker 常数

27、常数 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 1111 7 6.3.1.1 DLVO理论理论 101110010 2 AAAA=+ 由分散相及分散介质的由分散相及分散介质的Hamaker 常数确定常数确定 分散相在分散介质中的分散相在分散介质中的Hamaker 常数常数 1/2 101100 () AAA=? 1/21/22 1011100 () AAA= Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 1111 6.3.1.1 DLVO理论理论 A）两粒子在真空或介质中总存在范德华吸引能）两粒子在真空

28、或介质中总存在范德华吸引能 1/21/22 1011100() AAA= B）介质的存在会减少粒子间的范德华吸引能，即介质的 存在是稳定胶体的重要因素 ）介质的存在会减少粒子间的范德华吸引能，即介质的 存在是稳定胶体的重要因素 C）当）当A11A00时，时，A1010，即分散相与分散介质的性质相 同时，粒子间的吸引力消失而成为稳定胶体。 ，即分散相与分散介质的性质相 同时，粒子间的吸引力消失而成为稳定胶体。如果胶粒形成 溶剂化层，因溶剂化层与介质性质相同，胶体稳定 如果胶粒形成 溶剂化层，因溶剂化层与介质性质相同，胶体稳定。 D）减少）减少A11与与A00之间的差别，即选择尽量与分散相性质 相

29、近的分散介质有利于提高胶体的稳定性 之间的差别，即选择尽量与分散相性质 相近的分散介质有利于提高胶体的稳定性 溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 6.3.1.1 DLVO理论理论 n：折光指数：折光指数 球形粒子间总作用能球形粒子间总作用能 2 0 2 exp()1 64 2 Eexp() 12 exp()1 2 RA Ze an kTAa kT EEh Ze h kT =+= + 6.3.1.1 DLVO理论理论 Emax ER EA E 势

30、 能 势 能 h 第一最小值 第二极小值 第一极小值 第二极小值 第一极小值 0 Emax ER EA E 势 能 势 能 h 0 a b 第二极小值第二极小值 第一极小值第一极小值 形成疏松 的聚沉物 形成疏松 的聚沉物 形成结构紧 密而又稳定 的沉积物 形成结构紧 密而又稳定 的沉积物 6.3.1.1 DLVO理论理论 Emax15kT ，可以阻止胶体粒子由于 热运动碰撞而发生的聚沉。 可以阻止胶体粒子由于 热运动碰撞而发生的聚沉。 并非所有胶体都有并非所有胶体都有 第二极小值第二极小值。它与 表面电势、粒子大 小及对称性有关。 。它与 表面电势、粒子大 小及对称性有关。 粒子在粒子在第二

31、极小 值处 第二极小 值处可形成疏松 的不稳定的聚沉 物。当外界环境 变化时，这种聚 沉物可重新分离 生成溶胶：可逆 聚沉、临时聚 沉。 可形成疏松 的不稳定的聚沉 物。当外界环境 变化时，这种聚 沉物可重新分离 生成溶胶：可逆 聚沉、临时聚 沉。 EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。 EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。 电解质 曲线的形状、位置强烈

32、地受电解质浓度的影响。 电解质浓度浓度与与价数价数增加，使胶体粒子间势垒的 高度与位置发生变化。 增加，使胶体粒子间势垒的 高度与位置发生变化。 ER EA E c1 c2 c3 势能势能 0 6.3.1.1 DLVO理论理论 电解质浓度：电解质浓度： c3 c2 c1 电解质浓度，电解质浓度，ER，E， 溶胶稳定性 ， 溶胶稳定性 8 电解质电解质浓度浓度与与价数价数增加，使胶体粒子间势垒的 高度与位置发生变化， 增加，使胶体粒子间势垒的 高度与位置发生变化， ER EA c1 c2 c3 势能势能 0 6.3.1.1 DLVO理论理论 电解质浓度：电解质浓度： c3 c2 c1 1 2 2

33、2 1 iii kT ec z = 双电层厚度（双电层厚度（-1）变小）变小 电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉 所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉 所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数 6.3.1.1 DLVO理论理论 电解质的聚沉规律电解质的聚沉规律 (i)反离子的价数起主要作用 价数，聚沉值，聚沉能力 反离子的价数起主要作用 价数，聚沉值，聚沉能力 聚沉值聚沉值1/Z 6，聚沉能力，聚沉能力Z 6 Schultz-Hardy规则规则 (ii) 同价离子，感胶离子序 正离子的聚沉能力：离子愈大，聚沉能力 同价离子，感胶离子

34、序 正离子的聚沉能力：离子愈大，聚沉能力强强 H+ Cs+ Rd+ NH4+ K+ Na+ Li+ 负离子的聚沉能力 ：离子愈大，聚沉能力负离子的聚沉能力 ：离子愈大，聚沉能力弱弱 F ClBrNO3IOH 6.3.1.1 DLVO理论理论 电解质的聚沉规律电解质的聚沉规律 () 反离子相同时，与胶粒带有相同电荷的离子价数愈高，聚 沉能力愈弱 反离子相同时，与胶粒带有相同电荷的离子价数愈高，聚 沉能力愈弱(聚沉值愈大聚沉值愈大)。 如：对带正电的胶粒，聚沉能力 。 如：对带正电的胶粒，聚沉能力 Na2SO4 MgSO4 () 不规则聚沉溶胶对高价反离子强烈的吸附不规则聚沉溶胶对高价反离子强烈的

35、吸附 沉淀不会重新 分散成溶胶。 沉淀不会重新 分散成溶胶。 少 量 电 解 质 少 量 电 解 质 多 量 电 解 质 多 量 电 解 质 再 加 电 解 质 再 加 电 解 质 聚沉聚沉溶胶溶胶聚沉聚沉 胶粒吸附过量胶粒吸附过量高价反离子高价反离子，重新分 散成溶胶，但胶粒 ，重新分 散成溶胶，但胶粒电荷符号改变电荷符号改变 6.3.1.1 DLVO理论理论 不同类型的电解质在不同浓度时的不同类型的电解质在不同浓度时的1/K值值 96.1 1 30.4 9.61 48.1 15.2 4.81 32.0 10.1 3.2 0.001 0.01 0.1 0.001 0.01 0.1 0.001

36、 0.01 0.1 - - - - - - 1/K值值/cm，10，10 8 浓度浓度/mol lL L1电解质类型电解质类型 1 2 22 1 iii kT ec z = 影响球形粒子间总作用能的因素影响球形粒子间总作用能的因素 2 0 2 exp()1 64 2 Eexp() 12 exp()1 2 RA Ze an kTa kT EEh Z h kT A e =+= + 6.3.1.1 DLVO理论理论 A值越大，位能曲线越在下 面，位垒高度越小，胶体的 稳定性越差。 值越大，位能曲线越在下 面，位垒高度越小，胶体的 稳定性越差。A值可以通过 改变分散相及分散介质的性 质来控制。 值可以

37、通过 改变分散相及分散介质的性 质来控制。 Emax ER EA E 势 能 势 能 0 a b A值的影响值的影响 1/21/22 1011100 () AAA= 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论吸附高聚物对胶体的稳定吸附高聚物对胶体的稳定 6.3.1 胶体稳定理论胶体稳定理论 在聚合物稳定的水溶胶，特别是非水溶胶中，稳定的 主要因素是吸附的聚合物层而不是扩散层。吸附聚合物 层对胶体稳定性的影响主要有三个方面： 在聚合物稳定的水溶胶，特别是非水溶胶中，稳定的 主要因素是吸附的聚合物层而不是扩散层。吸附聚合物 层对胶体稳定性的影响主要有三个方面： 一、带电聚合物被吸附会增加胶粒之间的静

38、电排斥能， 可用 一、带电聚合物被吸附会增加胶粒之间的静电排斥能， 可用DLVO理论处理。理论处理。 二、高聚物的存在通常会减少胶粒间的二、高聚物的存在通常会减少胶粒间的Hamaker常 数，因而减少了范德华吸引能。 常 数，因而减少了范德华吸引能。 三、由于聚合物的吸附而产生一种新的排斥作用三、由于聚合物的吸附而产生一种新的排斥作用空 间排斥能 空 间排斥能(Steric Repulsive Energy)。 9 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论吸附高聚物对胶体的稳定吸附高聚物对胶体的稳定 6.3.1 胶体稳定理论胶体稳定理论 S ARR EEEE=

39、+ 空间稳定作用（空间保护作用、空间位阻作用）： 胶体微粒表面吸附的大分子从空间阻碍了微粒相互 接近，进而阻碍了聚结，使胶体稳定。 空间稳定作用（空间保护作用、空间位阻作用）： 胶体微粒表面吸附的大分子从空间阻碍了微粒相互 接近，进而阻碍了聚结，使胶体稳定。 S R E：空间稳定效应产生的排斥能。：空间稳定效应产生的排斥能。 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 R S RA EEEE=+ 吸附层压缩 吸附层渗透 吸附层压缩 吸附层渗透 S R E 吸附层压缩，造成空间限制， 引起粒子间高分子链熵减小 ：熵效应 吸附层压缩，造成空间限制， 引起粒子间高分子链熵减小 ：熵效应 S R E 吸

40、附层渗透，引起粒子间 高分子链局部浓度的增 加， 伴随着去溶剂化 ：焓效应 吸附层渗透，引起粒子间 高分子链局部浓度的增 加， 伴随着去溶剂化 ：焓效应 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 空间稳定作用受电解质浓度的影响很小， 在水体系及非水体系中均可起作用，能够使 很浓的分散体系稳定。 空间稳定作用受电解质浓度的影响很小， 在水体系及非水体系中均可起作用，能够使 很浓的分散体系稳定。 对于高分子稳定的溶胶, 加入少量电解质，它的稳定 性并不会受到影响，到了等电点也不会聚沉，直到加入更 多电解质，才能使它发生聚沉，这种聚沉现象称为盐析， 发生盐析作用的主要原因是去水化。 对于高分子稳定的

41、溶胶, 加入少量电解质，它的稳定 性并不会受到影响，到了等电点也不会聚沉，直到加入更 多电解质，才能使它发生聚沉，这种聚沉现象称为盐析， 发生盐析作用的主要原因是去水化。 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 1. 高分子稳定剂的结构特点高分子稳定剂的结构特点：高分子须和微粒有强的亲和 力，又与溶剂有良好的亲和性。 ：高分子须和微粒有强的亲和 力，又与溶剂有良好的亲和性。 2. 高分子的浓度与分子量的影响高分子的浓度与分子量的影响：分子量越大，高分子 在微粒表面的吸附层越厚，稳定效果越好。高分子低于 临界分子量时，无保护作用；高分子浓度过低发生敏化 作用。 ：分子量越大，高分子 在微粒表面

42、的吸附层越厚，稳定效果越好。高分子低于 临界分子量时，无保护作用；高分子浓度过低发生敏化 作用。 3. 溶剂的影响溶剂的影响：高分子在良溶剂中链段能伸展，吸附层 变厚，稳定作用增强。在不良溶剂中，高分子的稳定作 用变差。 ：高分子在良溶剂中链段能伸展，吸附层 变厚，稳定作用增强。在不良溶剂中，高分子的稳定作 用变差。 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 桥连（架桥）作用 空间稳定作用 高分子长链以不同部位吸附在多个悬浮粒子上，这种作用 称为 桥连（架桥）作用 空间稳定作用 高分子长链以不同部位吸附在多个悬浮粒子上，这种作用 称为桥连（架桥）作用桥连（架桥）作用。桥连作用使粒子间形成絮凝体

43、而沉 降。在 。桥连作用使粒子间形成絮凝体而沉 降。在浓度很低时浓度很低时高分子起到桥连作用，此时高分子在胶体粒 子上吸附得不紧密，有足够的链节自周围伸出，粒子表面也有 足够的空位吸附高分子。 高分子起到桥连作用，此时高分子在胶体粒 子上吸附得不紧密，有足够的链节自周围伸出，粒子表面也有 足够的空位吸附高分子。 高分子化合物的桥连作用高分子化合物的桥连作用 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 向憎液胶体中加入低于能使其 稳定所需的聚合物时，聚合物不仅 不能使胶体稳定，而且能使体系的 临界聚沉浓度降低，这种作用称为 向憎液胶体中加入低于能使其 稳定所需的聚合物时，聚合物不仅 不能使胶体稳定

44、，而且能使体系的 临界聚沉浓度降低，这种作用称为 敏化作用敏化作用。 在溶胶中加入少量高分子化合 物可使溶胶聚沉，称为 。 在溶胶中加入少量高分子化合 物可使溶胶聚沉，称为絮凝作用絮凝作用。 ?搭桥效应搭桥效应 ?脱水效应； ?电中和效应 脱水效应； ?电中和效应 高分子化合物的桥连作用高分子化合物的桥连作用 10 大分子化合物对溶胶稳定性的影响有双重性：加入量大 时，起到保护和稳定溶胶的作用，称 大分子化合物对溶胶稳定性的影响有双重性：加入量大 时，起到保护和稳定溶胶的作用，称“保护剂保护剂”；量少时， 起到架桥絮凝的作用，称 ；量少时， 起到架桥絮凝的作用，称“絮凝剂絮凝剂”。实质都是吸附

45、。实质都是吸附。 6.3.1.2 空间稳定理论空间稳定理论 高分子凝聚剂的高分子凝聚剂的“絮凝絮凝”作用作用 目前使用得最多的絮凝剂是聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇、 聚乙二醇、聚丙烯酸钠、天然明胶等。 亲水性明胶、蛋白质、淀粉等通常作“保护剂” 大分子絮凝过程 效率高、沉降迅速、沉淀物块大疏松， 便于过滤等 应用：污水处理、分离沉淀、有用矿泥的回收等。 目前使用得最多的絮凝剂是聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇、 聚乙二醇、聚丙烯酸钠、天然明胶等。 亲水性明胶、蛋白质、淀粉等通常作“保护剂” 大分子絮凝过程 效率高、沉降迅速、沉淀物块大疏松， 便于过滤等 应用：污水处理、分离沉淀、有用矿泥的回收等。 胶体和胶体

46、稳定性胶体和胶体稳定性 6.3.1.3 空位稳定理论空位稳定理论自由高聚物对胶体的稳定自由高聚物对胶体的稳定 6.3.1 胶体稳定理论胶体稳定理论 粒子对聚合物产生负吸附，即粒子表面聚合物的浓度 低于溶液的体相浓度，导致粒子表面形成一层 粒子对聚合物产生负吸附，即粒子表面聚合物的浓度 低于溶液的体相浓度，导致粒子表面形成一层“空位 层 空位 层” ，当空位层发生重叠时就会产生斥力或吸力，从而使 体系的位能曲线发生变化。 ，当空位层发生重叠时就会产生斥力或吸力，从而使 体系的位能曲线发生变化。 在低浓度的溶液中，空位层的重叠会导致吸力位能占 优势，使胶体聚沉；而在高浓度的溶液中，则会导致斥力 位

47、能占优势，使胶体稳定。 在低浓度的溶液中，空位层的重叠会导致吸力位能占 优势，使胶体聚沉；而在高浓度的溶液中，则会导致斥力 位能占优势，使胶体稳定。 6.3.1.3 空位稳定理论空位稳定理论 空位稳定原理空位稳定原理 胶体分散体系三种稳定理论胶体分散体系三种稳定理论 DLVO理论理论空间稳定理论空间稳定理论空缺稳定理论空缺稳定理论 稳定剂性质稳定剂性质 电解质电解质高分子化合物高分子化合物高分子化合物高分子化合物 吸附性质吸附性质 正吸附正吸附正吸附正吸附负吸附负吸附 稳定的本质稳定的本质 热力学亚稳定热力学亚稳定热力学稳定热力学稳定热力学亚稳定热力学亚稳定 微粒间相互 作用 微粒间相互 作用

48、 长程范德华引 力 长程范德华引 力VA 与扩散双电层 静电斥力 与扩散双电层 静电斥力 空间斥力势能空间斥力势能 Vs 长程范德华力长程范德华力 VA 空缺层重叠产 生渗透吸附能 及 空缺层重叠产 生渗透吸附能 及G增大的 斥力势能 增大的 斥力势能 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3.2 憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用 高分子化合物的絮凝作用 搭桥效应 脱水效应 电中和效应 高分子化合物的絮凝作用 搭桥效应 脱水效应 电中和效应 浓度、温度、搅拌等浓度、温度、搅拌等 Schultz- Hardy 规则规则 6 1 z c