分散与絮凝作用【高级教育】.ppt

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1、第十章 分散与絮凝作用,分散作用一般是指把一种物质分散于另一种物质中以形成分散体系的作用。,粗分散体系：质点大小大于0.5um的分散体系 胶体分散体系：质点大小在0.5um1nm 分子分散溶液质点小于1nm,1,特备参考,表10-1分散体系,2,特备参考,固溶胶,烟水晶,有色玻璃,3,特备参考,雾,气溶胶,烟,白云,4,特备参考,5,特备参考,6,特备参考,10.1分散体系的形成,10.1.1分散法 1固体粒子的分散过程 1)使粉体润湿，将附着于粉体上的空气以液体介质取代； 2)使固体粒子团簇破碎和分散; 3)阻止已分散的粒子再聚集,分散法与凝聚法,7,特备参考,1）固体粒子的润湿,当铺展系数

2、SL/So时，固体粒子就会被介质完全润湿，此时接触角00,8,特备参考,2）粒子团的分散或碎裂 式中 P毛管力； LV液体的表面张力； 液体在毛管壁的接触角。,9,特备参考,高能表面，液体在毛管壁的接触角一般 900，因此P为负值，与固液界面扩展的方向相反对渗透起阻止作用。,10,特备参考,当表面活性剂加入后，900变为0而加速了液体在缝隙中渗透。,渗透速度：,式中，l是t时间内液体沿孔隙渗入的距离； r是粉体缝隙。 是液体粘度。,阴离子表面活性剂,非离子表面活性剂：阳离子表面活性剂：,11,特备参考,1阴离子表面活性剂通过范德华相吸力克服静电排斥力或通过镶嵌方式而被吸附于缝隙的表面，使表面因

3、带同种电荷使排斥力增强，以及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间的绞结强度降低，减少了固体粒子或粒子团碎裂所需的机械功，从而使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶体，并逐步分散在液体介质中。 2非离子表面活性剂通过范德华力被吸附于缝隙壁上，非离子表面活性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥力及渗透水化力使粒子团中微裂缝间的绞结强度下降而有利于粒子团碎裂。 3阳离子表面活性剂以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷的位置上而以疏水基伸入水相，使缝隙壁的亲水性下降，接触角增大甚至900，导致毛管力为负，阻止液体的渗透，所以阳离子表面活性剂不宜用于固体粒子的分散。,12,特备参考,3）阻止固体微粒的重新聚集,表

4、面活性剂吸附在固体微粒的表面上，增加了防止微粒重新聚集的能障，并且由于所加的表面活性剂降低了固液界面的界面张力，即增加分散体系的热力学稳定性。,13,特备参考,2粒子分散机理,二维气体作用下微隙缝发展变大的示意图,60um是机械粉碎极限。,14,特备参考,3分散方法,1）研磨法,设备有球磨机、胶体磨和研压机等。,利用设备的刚性材质与待分散物质相互碰撞和磨擦，将固体磨碎、磨细的。,表面活性剂作为稳定剂,吸附在粒子上，进入隙缝内起二维气体作用，提高了粉碎效果，又起到稳定和保护作用。,硫胶体体系,15,特备参考,2）超声波分散法 超声波振荡是指频率高于声频(16000Hz)的机械振荡。超声波使介质中

5、的物休分散开来，得到均匀的分散体系。,3)电分散法,电分散法主要用于制备金属水溶胶。,4）胶溶法 胶溶法是将暂时凝聚下来的分散相重新分散。许多新鲜沉淀经洗涤除去过多的电解质，再加入适量的稳定剂(亦称胶溶剂)后，则又可转变为溶胶，这种作用称为胶溶作用。,16,特备参考,（1）吸附法,吸附法是指在新沉积下来的沉淀中加入某种电解质离子，沉淀吸附离子后带上定电荷建立起双电层，由于沉淀粒子的双电层发生静电排斥作用而分离开来。,Fe(OH)3(沉淀),Fe(OH)3(溶胶),AgCl(溶胶),AgCl(沉淀),17,特备参考,（2）表面溶解法,加入的胶溶剂与沉淀粒子表面的分子发生反应生成可溶性化合物，然后

6、解离在粒子的表面形成双电层，使沉淀粒子胶溶。,例如，将新生成的Fe(OH)3沉淀洗净后加入适量的稀硫酸，则生成红棕色沉淀。,Fe(OH)3 + HCl FeOCl FeO+ + Cl,18,特备参考,（3）沉淀洗涤法,沉淀洗涤法适用于分散粒子的双电层因受体系中的反离子压缩而导致絮凝沉淀的情形。对于这种沉淀只要用水洗涤，将过量的离子降低到一定的浓度，粒子的双电层即可恢复，在静电排斥作用下沉淀粒子胶溶。,例如，在氯化铝和氯化镁的混合溶液中加入稀氨水，得到铝、镁的氢氧化物混合沉淀，用水洗涤沉淀并放置一段时间后，沉淀即胶溶。,19,特备参考,10.1.2凝聚法,凝聚法原则上形成分子分散的过饱和溶液，然

7、后从此溶液中沉淀出胶体分散度大小的物质。,1化学凝聚法,该法是通过化学反应使生成物呈过饱和状态，然后生成粒子，最后结合成胶体粒子而形成溶胶。,20,特备参考,1）还原反应:,2HAuCl4(稀溶液)+3HCHO(少量)+11KOH,2Au+3HCOOK+8KCl+8H2O,金、银、铂等贵金属的溶胶可以通过还原反应来制备,21,特备参考,2）水解反应：,铁、铝、铬、铜 钒等金属的氢氧化物溶胶可通过它们的盐类水解制得。,3）氧化法：,用硝酸等氧化剂氧化硫化氢溶液，可以制得硫溶胶，,2H2S+O22S+2H2O,22,特备参考,4）离子平衡,硝酸银溶液加入稀氯化物溶液中可生成氯化银溶胶,Ag+ +

8、Cl- AgCl(固),混合H2S和As2O3两种溶液，可以制备As2S3溶胶：,2As3+ + 3S2- As2S3(固),23,特备参考,2物理凝聚法,物理凝聚法是利用适当的物理过程使分子(或离子)分散体系凝聚成胶体体系的方法。,1）更换溶剂：,这是利用物质在不同溶剂中的溶解度的悬殊差别来制备溶胶的方法，而不同溶剂之间是完全互溶的。,松香水溶胶：,硫磺溶胶：,24,特备参考,2）蒸气凝聚法,将汞的蒸气通入冷水中，即可得到汞的水溶胶，此时，高温汞蒸气与水接触生成少量的氧化物，该氧化物吸附在汞粒子的表面起稳定剂的作用。利用蒸气凝聚法还可以制备碱金属的有机溶胶。,25,特备参考,3）电弧法,贵金

9、属(金、银、铂等)溶胶的制备,26,特备参考,图10-28 将生核期与生长期分开的LaMer模型,3凝聚法原理,第一阶段是晶核形成，第二阶段是晶体的成长。,27,特备参考,晶体生长是一个自发的过程，当物质在溶液中溶解度达到过饱和状态时，一个新相晶核就会出现。 在小晶核阶段，随着晶核的长大，表面对体积之比逐渐变小，最终形成新相的自由能变得大于表面自由能，由此导致晶体随比表面能的作用的减少而自发增长。 表面活性剂存在，可以吸附在晶核的表面，或者作为个诱导结晶作用的中心。这样，表面活性剂就可以用来控制晶体的生长过程和稳定所形成的颗粒。,28,特备参考,10.2分散体系的稳定性,29,特备参考,(1)

10、需用强的机械力加以粉碎，因为颗粒本身具有强的结合力，分裂成各个小粒子后，不易回复到原来的状态，它们的集合称为聚集。 (2)用比较弱的机械力，或者固体在液体中界面上作用的物理力即可分裂成小粒子，外力消除后又回复至原来的粒子集合状态，这种集合称为凝聚或絮凝。,30,特备参考,10.2.1胶体稳定性的DLVO理论,亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层，可以防止粒子聚集。同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷，粒子间也可存在电性斥力，从而使得粒子难以聚集。 疏液胶体体系稳定性最著名的理论就是由Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek四人提出的DLVO理论,31,特备参考,式中AHama

11、ker常数； r质点的半径； H质点间的最短距离。,吸引能与之点半径成正比。粒径大的质点吸引能也大。吸引能随着质点间的最短距离的减小而增大。,1质点间的范得华相吸能（VA）,32,特备参考,2.双电层的排斥能（VR）,33,特备参考,质点的排斥能VR： VR rDu2ln1+exp(-kH) 式中，VR质点间的排斥力； r质点的半径； D水的介电常数； u吸附层和扩散层界面上的电位； 扩散层的厚度； H质点间的最短距离。,排斥能与吸附层和扩散层界面上的电势和质点半径成正比； 吸附层和扩散层界面的电势越高，排斥能越大，质点越不易靠近，质点越易分散稳定； 粒径小时，排斥能也小，质点容易靠近，易于絮

12、凝； 排斥能随之质点间的距离的增加，而以指数的形式下降。,34,特备参考,3质点间的相互作用能VT,将第一极小值处发生的聚结称为聚沉（congulation）， 而在第二极小值处发生的聚结叫做絮凝（flocculation）。 当粒子的动能3kT/2大于势垒Eb时方能聚沉,斥力势能, 吸力势能及总势能曲线,35,特备参考,4电解质对溶胶稳定性的影响,36,特备参考,聚沉: 憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构, 颗粒变大, 进而发生沉淀的现象. 加热, 辐射或加入电解质皆可导致溶胶的聚沉.,三种溶胶聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)2,37,特备参考,38,特

13、备参考,加入电解质对吸力势能影响不大, 但对斥力势能的影响却十分显著. 电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化, 适当调整电解质浓度, 可以得到相对稳定的胶体.,在电荷作用下稳定存在的Fe2O3溶胶,39,特备参考,10.2.2高聚物的稳定与絮凝机理,若在溶胶中加入较多的高分子化合物, 许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上, 或者是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围, 形成水化外壳, 将分散相粒子完全包围起来, 对溶胶则起保护作用.,40,特备参考,1空间稳定理论(Steric Stabilization) a体积限制效应理论,图1014 空间稳定示意图（a),41,特

14、备参考,b混合效应理论,42,特备参考,式中VT体系的总势能， VR双电层排斥能， VS 空间效应产生的排斥能。 总势能曲线VT-H如图915所示。,图1015 空间稳定的势能曲线 (a)无双电层斥能；(b)有双电层斥能,43,特备参考,2空位稳定理论(Depletionstabilization) 在非离子型表面活性剂或高分子聚合物的水或非水溶液中，当两个质点相互靠近时，若能将高分子聚合物从两质点间的间隙中挤出去，导致质点间隙区内只有溶剂分子而无高分子聚合物存在，致使质点表面形成空位，质点间的这种相互作用称为空位作用。,44,特备参考,图1016 空位作用示意图 (a)低浓度下的桥连絮凝作用

15、；(b)中等浓度下的空间稳定作用； (c)较高浓度下的空位絮凝作用；(d)高浓度下的空位稳定作用,45,特备参考,10.3 表面活性剂的分散稳定作用,(1)降低液体介质的表面张力LV固液界面张力SL和液体在固体上的接触角，提高其润湿性质和降低体系的界面能。同时可提高液体向固体粒子孔隙中的渗透速度，以利于表面活性剂在固体界面的吸附，并产生其它利于固体粒子聚集体粉碎、分散的作用。 (2)离子型表面活性剂在某些固体粒子上的吸附可增加粒子表面电势，提高粒子间的静电排斥作用，利于分散体系的稳定。 (3)在固体粒子表面上亲液基团朝向液相的表面活性剂定向吸附层的形成利于提高疏液分散体系粒子的亲液性，有时也可

16、以形成吸附溶剂化层。 (4)长链表面活性剂和聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层起到空间稳定作用。 (5)表面活性剂在固体表面结构缺陷上的吸附不仅可降低界面能，而且能在表面上形成机械蔽障，有利于固体研磨分散。,46,特备参考,10.3.1表面活性剂在水介质中的分散稳定作用,1对非极性固体粒子的分散作用,图10-17 炭黑的分散过程 (a)吸附阴离子表面活性剂提高电能障； (b)吸附非离子表面活性剂提高空间阻碍,47,特备参考,2对带电质点的分散稳定作用 1) 离子型表面活性剂与质点表面带有同种电荷,Zeta电势与磺甲基酚醛树脂在粘土表面上吸附量的关系,48,特备参考,2)离子型表面活性剂与质

17、点表面带有相反电荷,阴离子表面活性剂对带正电荷的氧化铁粒子的分散与絮凝作用,49,特备参考,10.3.2表面活性剂在有机介质中的分散稳定作用,TiO2的表面处理过程,质点在有机介质中的分散主要是靠空间位阻产生熵斥力来实现的。,50,特备参考,使用有机胺类对有机颜料进行表面处理,51,特备参考,常用的有机胺有 使用颜料衍生物对有机颜料进行表面处理。如汉沙系列及联苯胺系列黄颜料，在偶合反应之后加入一定量脂肪胺与颜料分子中 缩合生成席夫碱通过分子平面吸附于颜料表面。,52,特备参考,图1024是以颜料衍生物对颜料进行表面处理的模型。,图1024 以颜料衍生物及无色衍生物表面处理模型,53,特备参考,

18、喹吖啶酮磺化衍生物的盐也可以平面性吸附于颜料表面改进颜料分散性，如图1025所示。,图1025 喹吖啶酮磺化衍生物表面处理模型,54,特备参考,10.4 分散剂与超分散剂,分散剂：能使固液悬浮体中的固体粒子分散稳定于介质中的表面活性剂可称为分散剂。,10.4.1分散剂的选择,良好的润湿性质。 便于分散过程的进行。 能稳定形成的分散体系。,55,特备参考,10.4.2 水介质中使用的分散剂,亲水性较强的表面活性剂，另外疏水链多为较长的碳链或成平面结构，如带有苯环或萘环，这种平面结构易作为吸附基吸附于具有低能表面的有机固体粒子表面而以亲水基伸入水相，将原来亲油的低能表面变为亲水的表面。 离子型表面

19、活性剂还可使固体粒子在接近时，产生电斥力而使固体粒子分散。 非离子表面活性剂可以通过长的柔顺的聚氧乙烯链形成的水化膜来阻止固体粒子的絮凝而使其分散稳定。,56,特备参考,1）阴离子型分散剂,a萘系分散剂 b木质素类 c聚合物类(水溶性分散剂),57,特备参考,a萘系分散剂,亚甲基二萘磺酸钠(扩散剂NNO) 本品为米黄色固体粉末，易溶于水。耐酸、碱、盐和硬水。扩散性能好，对蛋白质及聚酰胺纤维有亲和力，对棉、麻等纤维素无亲和力。主要用作还原染料染色，酸法染色或悬浮体轧染的分散剂，也用作水泥的早强减水剂。,58,特备参考,甲基萘磺酸钠甲醛缩合物(扩散剂MF) 本品为棕色至深棕色粉末，易溶于水，易吸潮

20、，耐酸、碱及硬水。具有良好的扩散性能，用作分散染料、活性染料、还原染料的分散剂，匀染剂；也用于航空农药的分散剂，水泥混凝土的减水剂。,59,特备参考,b木质素类 木质素磺酸 深褐色粘稠液体，用作混凝土减水剂，也可作为分散、还原染料加工的分散剂。,60,特备参考,c聚合物类(水溶性超分散剂),低分子量聚丙烯酸钠 浅黄色透明粘稠液体。与涂布加工纸用涂料中的其他组分相容性好。分散剂本身的贮存稳定性好，无混浊或分层现象。易溶于水。无毒，无腐蚀性。用于造纸、涂料等行业，是一种优良的颜料分散剂。,61,特备参考,2）非离子型分散剂 以聚氧乙烯醚作为亲水基的非离子型表面活性剂如吐温型、烷基醚型和烷基酚型也都

21、是较好的水介质中的分散剂。,图1026 以非离子表面活性剂处理颜料模型,62,特备参考,10.4.3 有机介质中的分散剂,1）用于无机粒子的分散剂 包括各类脂肪酸钠盐，常用的有月桂酸钠，硬脂酸钠盐和磺酸盐。长碳链的胺类化合物如：伯胺类，仲胺类和季铵盐以及醇胺类。 2）用于有机粒子的分散剂 主要包括各种非离子型表面活性剂，各种长碳链胺类如十八胺，各类以聚氧乙烯为亲水 基团的烷基胺，吐温类，亲油性强的斯盘类非离子表面活性剂。,63,特备参考,3超分散剂 1以表面活性剂的极性基作为吸附基团在低能表面上的吸附强度差，往往出现脱附现象，导致分散体系粒子的聚集或沉淀； 2在非水介质中质点间几乎不存在电斥力

22、，而主要能起作用的是被吸附的表面活性剂疏水链形成的溶剂化膜起分散稳定作用，而经典表面活性剂的疏水链不具备足够长的链，即不能形成足够厚的溶剂化膜产生足够高的空间排斥能来克服粒子间的范德华相吸力，而使粒子分散稳定于有机介质中。,64,特备参考,超分散剂的分子结构特征： 超分散剂的分子量一般在100010000之间； 一部分为锚固基团，可通过离子对、氢键、范德华力及改性剂结合等作用以单点锚固或多点锚固的形式紧密地结合在颗粒表面上。 另一部分为亲介质的溶剂化的聚合物链，它通过空间位阻效应(熵排斥)对颗粒的分散起稳定作用。,65,特备参考,图1027 超分散剂在颜料表面的锚固方式,66,特备参考,4超分

23、散剂的作用机理,67,特备参考,68,特备参考,69,特备参考,稳定机理 在非水分散体系中，对稳定起决定作用的是空间位阻(熵排斥)。 在超分散剂作用体系中，超分散剂以其锚固段吸附于颗粒表面，溶剂化段则伸展于分散介质中，其长度一般在1015nm之间，当两个吸附有超分散剂的颗粒相互接近时，由于伸展链的空间阻碍因此不会引起絮凝，而维持稳定的分散状态。,70,特备参考,5超分散剂的分子结构,1）锚固段与固体颗粒表面能形成牢固的结合；超分散剂在颗粒表面形成较完整的覆盖层； 2）溶剂化段在分散介质中有一定的厚度。,71,特备参考,图929 超分散剂在颗粒表面的主要吸附形态,3）超分散剂的分子结构,72,特

24、备参考,锚固段(A段)的选择,颗粒表面与A段间能发生的较强的相互作用有氢键、共价键、酸碱作用等。,溶剂化段(B段)的选择,一方面B段与分散介质应有较好的相容性，另一方面，B段本身要具有足够的分子量。,73,特备参考,超分散剂分子结构的确定：最好为单端官能化的AB两嵌段聚合物，锚固段应与颗粒表面有较强的吸附力。溶剂化段要有合宜的长度，介质应对溶剂化段有良好的溶解性，而对锚固段最好不具备溶解性。,74,特备参考,10.6 聚沉作用,凝聚作用:使用凝聚剂中和质点和悬浮物颗粒表面电荷，使其克服质点和悬浮物颗粒间的静电排斥力，从而使颗粒脱稳的过程称作凝聚作用。凝聚作用往往发生在VT-H势能曲线的第一极小

25、值处，且不具备可逆性。 絮凝作用:是质点和悬浮物粒子在有机高分子絮凝剂的桥连作用下, 使其形成粗大的絮凝体的过程。在此过程中也存在着电荷的中和作用。,聚沉作用是凝聚和絮凝两种作用过程,75,特备参考,表10-4凝聚和絮凝的区别72,76,特备参考,10.7凝聚作用,凝聚作用主要是在体系中加入无机电解质凝聚剂,通过带电质点对溶液中反离子的吸附，使两个带电质点的表面电荷被中和，Zeta电势下降，双电层被压缩减薄，减小质点间双电层斥力，在范德华相吸力占主导的情况下，质点间能形成稳定的化学键结合在一起，质点间的相互作用处于第一极小值的能态，而产生凝聚体与溶液分离。,77,特备参考,10.8絮凝作用,絮

26、凝作用主要是在体系中加入有机高分子絮凝剂，有机高分子絮凝剂通过自身的极性基或离子基团与质点形成氢键或离子对，加之范德华相吸力而吸附于质点表面，在质点间进行桥连形成体积庞大的絮状沉淀而与水溶液分离。絮凝作用的特点是絮凝剂用量少，体积增大的速度快，形成絮凝体的速度快，絮凝效率高。,78,特备参考,1）有机高分子絮凝剂在质点表面的吸附状态,79,特备参考,2）有机高分子絮凝剂的桥连作用,桥连作用:质点和悬浮物通过有机高分子絮凝剂架桥而被连接起来形成絮凝体的过程。主要通过高分子絮凝剂在质点表面的环式和尾式吸附架桥形成的桥连。 a高分子絮凝剂与带有不同电荷的质点间的桥连 b高分子絮凝剂与带相同电荷的质点

27、间的桥连,80,特备参考,a高分子絮凝剂与带有不同电荷的质点间的桥连,其脱稳作用是由于静电引力的原因。在此过程中，有机阳离子絮凝剂的分子量起着重要的作用。 例:采用分子量为51042105的有机阳离子絮凝剂处理油田污水，可观察到细小的絮凝体。如果改用分子量高达2106的有机阳离子絮凝剂来处理同种油田污水，会观察到在电荷中和的同时，不但絮凝作用完全而且形成粗大的絮凝体，污水迅速被澄清。,81,特备参考,镶嵌作用：有机阳离子絮凝剂通过静电相吸力吸附于电荷相反的质点表面时，当吸附量达到足以使Zeta电势达到零时，也不可能将胶体颗粒和悬浮物颗粒表面上的电荷全部中和。在其表面上仍然存在正电荷区和负电荷区

28、。在这些吸附着有机高分子絮凝剂的质点中，当一个质点表面的正电荷区与另一质点表面的负电荷区互相接近时，所产生的吸引力大于排斥力从而降低了相互作用能，并达到第一最小能量值，结果产生絮凝沉淀，这就是镶嵌作用。,82,特备参考,分子量高电荷密度也高的有机阳离子高分子絮凝剂，在质点表面的多点吸附使高分子链多以无桥链作用的列车式结构形态存在，而能参与桥连的立体环式和尾式结构形态较少，影响了高分子的桥连作用，降低了絮凝作用。 分子量高电荷密度低的有机阳离子絮凝剂在质点表面的吸附形态多以能参与桥连的立体环式和尾式结构形态为主，桥连作用强，因此絮凝效果好。,83,特备参考,高分子量高的低电荷密度的分子结构是有机

29、阳离子高分子絮凝剂的理想分子结构，它具有高效絮凝作用。,84,特备参考,b高分子絮凝剂与带相同电荷的质点间的桥连,质点表面存在着正电荷区 带负电的絮凝体对质点的包裹作用 反离子的作用,85,特备参考,质点表面存在着正电荷区,86,特备参考,带负电的絮凝体对质点的包裹作用,87,特备参考,反离子的作用 分子量很高的离子型有机高分子絮凝剂在电离状态下，在带电离子附近电势最大区域以外存在一个电势隧道，反离子在电势隧道里具有较大的流动性，这有助于絮凝过程的进行。,88,特备参考,图1043中表示出质点和质点的双电层，阴离子高分子絮凝剂和它的电势隧道近似尺寸。其反离子为阳离子。,化学絮凝模型：,89,特

30、备参考,(a)高分子絮凝剂与质点间的排斥能曲线，,高分子絮凝剂带电荷的球面会与质点表面的双电层发生交联，使体系的排斥能升高(变得更负),90,特备参考,(b)反离子流入质点双电层后高分子絮凝剂与质点间的排斥能曲线,在静电吸引力的作用下，高分子絮凝剂的电势隧道可作为反离子的导管，使可流动的反离子流入质点表面的双电层中，使双电层压缩，导致表面的部分电荷中和，排斥能降低,91,特备参考,(c)总排斥能曲线,若反离子能将体系的排斥能降低至相互作用能可达到第二极小值，这样，较大的质点就容易迅速地絮凝，而流动性大的小质点只能通过电荷中和使能垒进一步降低才可能絮凝而沉淀。,92,特备参考,阴离子高分子絮凝剂

31、:絮凝带负电荷的质点时，反离子的价数及数量是关键。在溶液中不存在无机盐的条件下，阴离子高分子絮凝剂不能吸附在带负电荷的质点表面，不能进行桥连，也就不会产生絮凝作用，在上述过程中，镁离子对絮凝过程有促进作用，使絮凝效果得到很大提高。 无机盐即反离子的作用在于首先压缩双电层降低悬浮粒子表面的Zeta电势，减少阴离子高分子絮凝剂与悬浮粒子间的电斥能；使阴离子絮凝剂能顺利完成吸附桥连絮凝这一过程中发挥絮凝作用。,93,特备参考,有机高分子絮凝剂应具备的条件 1.在介质中必须可溶。 2.高分子的链节上应具有能与固液悬浮体中的固体粒子间产生桥连的吸附基团。例如，阳离子型的季铵基，阴离子型的羧钠基以及非离子

32、型的氨基、羟基、酰胺基和羧基等。 3.大分子应是线型的，并有适合于分子伸展的条件。 4.分子链应有一定长度，使其能将一部分吸附于颗粒上，而另一部分则伸进溶液中，以便吸附另外的颗粒，产生桥连作用。 5.固液悬浮体中的固体颗粒表面必须有以供高聚物架桥时空位,10.12.2有机高分子絮凝剂,94,特备参考,有机高分子絮凝剂种类,1）有机阳离子高分子絮凝剂（丙烯酰胺共聚物） 2）阴离子高分子絮凝剂 3）非离子高分子絮凝剂 4）天然产物絮凝剂 5）生物高分子絮凝剂,95,特备参考,1）阳离子型有机高分子絮凝剂,丙烯酰胺共聚物 ( a丙烯酰胺甲基丙烯酸2羟基丙酯基三甲基氯化铵共聚物 ( b 丙烯酰胺甲基丙

33、烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物,96,特备参考,10.12.3天然产物絮凝剂 天然产物絮凝剂最大特点是易生物降解，不会造成二次污染。 (1)纤维素衍生物 主要是水溶性纤维素衍生物如：羧甲基纤维素钠盐、羟乙基纤维素和羟乙基羧甲基纤维素。 (2)淀粉衍生物 阳离子淀粉 氯化2羟丙基三甲基铵化淀粉醚,97,特备参考,氯化2羟丙基三甲基铵化丙烯酰胺接枝淀粉醚 阴离子淀粉醚 羧甲基淀粉醚 StarchOCH2COONa 还有微生物酶作用于淀粉制取的环糊精絮凝剂。 (3)多糖和各种树胶 用黄单孢菌作用所产生的阴离子多糖制备阴离子多糖络合物可用于絮凝高岭土的水悬浮液。 用半乳甘露多糖树胶的羧烷基醚澄清水，及聚

34、半乳甘露多糖树胶的阳离子衍生物和多价金属阳离子处理污水。,98,特备参考,10.12.4生物高分子(微生物) 生物高分子多糖主要是带负电，其电荷来源于葡萄糖醛酸。它们的絮凝机理与阴离子型有机高分子絮凝剂类似。 微生物所合成的多糖絮凝剂可用于絮凝钾碱盐水中的悬浮固体，用于絮凝水介质中的无机物悬浮固体及湿法冶金中所产生的矿泥悬浮液等。,99,特备参考,10.13絮凝与分散的应用,10.13.1絮凝与分散在油田钻井液中的应用,10.13.2表面活性剂在颜料分散中的应用,10.13.3有机高分子絮凝刑在废物处理中的应用,100,特备参考,1絮凝作用 (1)钻井液中的絮凝作用 (2)聚丙烯酰胺在钻井液中

35、的絮凝作用 2分散降粘作用 (1)分散降粘作用在钻井液中的重要性 (2)聚合物型分散降粘剂的作用 (3)SSMA和AMTA在钻井液中的降粘率,10.13.1絮凝与分散在油田钻井液中的应用,101,特备参考,(1)钻井液中的絮凝作用,102,特备参考,图1044 粘土粒子与絮凝剂间形成的空间网状结构,103,特备参考,(2)聚丙烯酰胺在钻井液中的絮凝作用,完全絮凝剂：既絮凝膨润土又絮凝钻屑和劣土，如分子量为150350万、水解度为2左右的聚丙烯酰胺，基本上属于非水解聚丙烯酰，它可使钻井液中所有的固体粒子都发生絮凝沉淀，即既絮凝岩粉及劣土，又絮凝膨润土。 选择性絮凝剂：分为两种：增效型，选择性絮凝

36、剂在钻井液中只能絮凝岩粉和劣土，而不絮凝膨润土，同时还能增加钻井液的粘度(网状结构的强度显著增大)。非增效型，选择絮凝剂在钻井液中只能絮凝岩粉和劣土，而不絮凝膨润土，同时对钻井液的粘度影响不大。如一些分子量较小的水解聚丙烯酰胺。,104,特备参考,图10-45 不同类型的聚丙烯酰胺絮凝作用图,105,特备参考,2分散降粘作用,106,特备参考,10.13.2表面活性剂在颜料分散中的应用,1非离子表面活性剂在颜料表面处理中的应用 (1)在有机介质中的分散 (2)水介质中的分散 2超分散剂对有机颜料的表面处理,107,特备参考,(1)在有机介质中的分散,表面活性剂可通过OH和NH2中的H与酞菁绿颜

37、料表面上的氮形成氢键而被吸附到颜料表面上，以其亲油的碳氢链形成吸附包被膜。所形成的包覆膜能有效地阻止颜料粒子在干燥过程中的聚结，从而抑制晶粒继续长大，得到结晶细小的颜料粒子。这种经处理后的颜料在有机介质中，由于碳氢链与有机介质有较好的相容性，能迅速溶剂化形成溶剂化膜，使颜料粒子容易分散。同时还能起到当颜料粒子互相靠进时，阻止其絮凝。这种作用随碳氢链增长、溶剂化膜增厚而得到加强，有利于颜料粒子的细化和窄分布。,108,特备参考,(2)水介质中的分散,首先是斯盘20、吐温20和吐温80在水中溶解，然后被吸附在颜料水界面上作定向排列，疏水基通过色散力吸附在颜料粒子的表面上，而亲水基一端伸进水中，从而

38、降低了固水界面张力，改善了水对颜料粒子表面的润湿性。当这种经处理后的颜料粒子在水中分散时，其亲水基经水化形成水化膜，它可以有效地阻止颜料粒子间的絮凝，使颜料粒子易于分散。,109,特备参考,10.13.3有机高分子絮凝刑在废物处理中的应用,有机高分子絮凝剂对废水和污水的处理，不但使用简便，其絮凝效力比传统的无机盐絮凝剂(例如铁盐或铝盐)大几倍至几十倍，而且对各种废水和污水都具有很大的絮凝效力，适合于处理各种各样的污水和废水，且具有絮凝和沉降速度快、污泥脱水效率高等特点。对某些废水的处理还有特效。此外还具有所用设备简单、占地面积小、处理成本低廉、废水能回收循环利用等优点。目前有机高分子絮凝剂不仅在废水和污水处理中得到了广泛应用，而且在工业用水和民用水的净化、采矿工业、冶金工业、制糖工业、石油工业、造纸工业、国防工业、化学工业、建筑工业、食品工业、制药工业、纺织印染工业、农业等领域也有着广泛的应用。,110,特备参考,