膠粒的雙電層理論

1、膠粒的雙電層理論及應(yīng)用膠粒的雙電層理論及應(yīng)用高分子化學(xué)與物理 曹佳樂2014.04.09膠粒的雙電層膠粒的雙電層理論及應(yīng)用理論及應(yīng)用乳膠粒的形成乳膠粒的形成與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)電解質(zhì)對(duì)雙電解質(zhì)對(duì)雙電層的作用電層的作用膠體顆粒表面膠體顆粒表面雙電層之間雙電層之間的相互作用的相互作用機(jī)理穩(wěn)定與絮凝同種電荷膠體顆粒相互作用 異種電荷膠體顆粒相互作用 乳膠粒的形成與結(jié)構(gòu)乳膠粒的形成與結(jié)構(gòu)v乳膠粒：在乳液聚合時(shí)，單體進(jìn)入由乳化劑形成的膠束后經(jīng)引發(fā)劑引發(fā)聚合后產(chǎn)生的膠體粒子。v膠粒結(jié)構(gòu)：v電位離子+反離子=雙電層v膠體表面電位離子通過靜電作用將溶液中的帶相反電荷離子吸附到乳膠粒周圍v反離子層：v反離子吸附層 （s

2、tern層）v能同膠核一起運(yùn)動(dòng)的部分反離子由于靠近膠核，吸附較牢。v反離子擴(kuò)散層 v反離子離膠核稍遠(yuǎn)不隨膠核一起運(yùn)動(dòng)。v膠核表面上的電位稱為熱力學(xué)電位，而在擴(kuò)散層表面處的電位稱為（zeta）電位。 v電位只有在固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)才能呈現(xiàn)出來.v電位的大小反映了膠粒帶電的程度, 其值越高表明膠粒帶電越多, 擴(kuò)散層越厚.v雙電層穩(wěn)定原因： 在雙電層中建立了靜電力和擴(kuò)散力之間的平衡。形成雙電層后由于相同的乳膠粒具有相同的電荷，而相同的電荷相斥，所以乳膠粒能穩(wěn)定地懸浮在水相中。電位越高，乳液就越穩(wěn)定。 電解質(zhì)對(duì)雙電層的作用電解質(zhì)對(duì)雙電層的作用v緊密層：一般很薄，只有單層或數(shù)層離v反離子擴(kuò)散層：卻很

3、厚，其厚度與溶液中的離子強(qiáng)度有關(guān)，離子強(qiáng)度越大，厚度越小，而高價(jià)離子對(duì)擴(kuò)散層厚度影響更大，當(dāng)擴(kuò)散厚度減小時(shí)，電位也隨之降低，穩(wěn)定性降低。v其原因：電解質(zhì)對(duì)擴(kuò)散層有壓縮作用（直接壓縮 ；進(jìn)一步把反離子壓縮進(jìn)緊密層，電位降低，擴(kuò)散層厚度降低。）v離子強(qiáng)度：電解質(zhì)的濃度，離子價(jià)數(shù)v高價(jià)離子：可以進(jìn)入乳膠粒的擴(kuò)散層和緊密層，置換出低價(jià)離子，使雙電層的離子數(shù)目減少而壓縮擴(kuò)散層，降低電位。v結(jié)果：v由于直接壓縮，以及高價(jià)離子的離子交換和吸附作用。擴(kuò)散層減小，電動(dòng)電位降低，直到使全部反離子都由擴(kuò)散層進(jìn)入緊密層，電動(dòng)電位降為零。v這時(shí)膠團(tuán)的吸附層中正負(fù)電荷相等，膠團(tuán)變?yōu)殡娭行?，達(dá)到等電狀態(tài)（等電點(diǎn)），消除了水

4、乳膠體系的穩(wěn)定性。 穩(wěn)定與絮凝v膠體的穩(wěn)定因素：動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、溶劑化穩(wěn)定、表面帶電（雙電層）。v高價(jià)電解質(zhì)或電解質(zhì)的濃度足夠大，使膠粒擴(kuò)散層壓縮， 電位降低，膠粒間排斥作用就減弱，這時(shí)膠粒之間就會(huì)發(fā)生凝聚。v當(dāng)為零時(shí)（等電點(diǎn)），乳膠粒最不穩(wěn)定，凝聚作用最劇烈，這就是用絮凝劑對(duì)乳液進(jìn)行絮凝的機(jī)理。v廢水處理常用的絮凝劑：v 無機(jī)鹽類：硫酸鋁、明礬、三氯化鐵水合物v 無機(jī)鹽類聚合物：聚合氯化鋁(PAC) 、聚合硫酸鐵v 有機(jī)類化合物：如高聚合的聚丙烯酸鈉，聚乙烯吡啶、聚丙烯亞胺，聚丙烯酰胺等vPS:絮凝過程是比較復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，迄今為止還沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)（電荷中和作用、吸附/架橋作用 ）。

5、帶同種電荷膠體顆粒雙電層相互作用 v影響因素：v雙電層之間的相互作用受膠體顆粒表面性質(zhì)和膠體顆粒周圍溶液兩方面因素的影響。v研究不同價(jià)態(tài)組合型電解質(zhì)(如1價(jià)陽離子1價(jià)陰離子，1價(jià)陽離子2價(jià)陰離子)對(duì)雙電層相互作用的影響時(shí)發(fā)現(xiàn) ：v同號(hào)離子比反號(hào)離子對(duì)雙電層相互作用的影響要大，尤其是高價(jià)態(tài)的同號(hào)離子在表面電位高時(shí)影響更大。v相同價(jià)態(tài)的同號(hào)離子對(duì)雙電層相互作用的影響差異不大v雙電層相互作用的程度隨電解質(zhì)濃度的增加而減小。v隨著兩帶正電荷平面之間距離的減小，雙電層相互作用力會(huì)急劇地持續(xù)增加，而且總是表現(xiàn)為相互之間的排斥力。帶相反電荷膠體顆粒雙電層相互作用v膠體顆粒表面所帶的電荷有正電荷和負(fù)電荷之分，

6、而且在一定條件下帶相反電荷的膠體顆粒可以共存于相同體系中，這種現(xiàn)象在自然界普遍存在。v如熱帶、亞熱帶地區(qū)的可變電荷土壤。v由于這類土壤中含有帶負(fù)電荷的高嶺石和帶正電荷的鐵鋁氧化物，它們所帶電荷相反，當(dāng)共存于相同體系時(shí)它們表面的雙電層會(huì)發(fā)生相互作用，并對(duì)膠體性質(zhì)產(chǎn)生影響。v帶相反電荷膠體顆粒之間相互作用與膠體團(tuán)聚行為的關(guān)系是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。v機(jī)理：由于靜電引力的作用，帶相反電荷的膠體顆粒相互靠近，導(dǎo)致膠體顆粒表面雙電層的擴(kuò)散層發(fā)生部分重疊，從而降低膠體顆粒表面的有效電荷密度。 v化學(xué)膠體領(lǐng)域應(yīng)用：v利用帶相反電荷膠體顆粒之間的靜電吸引力作用，將帶相反電荷的膠體顆粒在一定條件下混合制成分子膜(LB膜），這種膜的穩(wěn)定性取決于帶相反電荷膠體顆粒的相互作用程度。 vFrank根據(jù)帶相反電荷膠體顆粒之間的靜電作用，通過自組裝制成雙層膠囊形的納米材料，其形成過程類似于膠體顆粒之間的團(tuán)聚行為。vAntonio等研究帶相反電荷膠體顆粒發(fā)生團(tuán)聚時(shí)