分散作用精品課件

1、分散作用第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一8.1分散體系的穩(wěn)定性(1)分散體系的類(lèi)型分散一般是指把一種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)中以形成分散體系的過(guò)程。其中被分散的相叫分散相，另一相叫分散介質(zhì)。分散體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性受時(shí)間、pH值、溫度、添加劑等影響。第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一(2)分散體系穩(wěn)定的DLVO理論a.分散粒子之間存在著相互作用的排斥能和吸引能的平衡。b.排斥能是由粒子周?chē)娦缘碾p電層產(chǎn)生的，或者是由粒子溶劑的相互作用產(chǎn)生的。c.吸引能主要由van der Waals force產(chǎn)生。d.吸引能總是為負(fù)值，在無(wú)

2、窮遠(yuǎn)處趨近于零，隨粒子之間的靠近而減小。e.排斥能總是為正值，其值在無(wú)窮遠(yuǎn)處也趨近于零，隨粒子之間距離的靠近逐漸增大。f.排斥能受粒子大小、形狀、相互間距離、表面電勢(shì)、分散液介電常數(shù)、雙電層有效厚度等因素影響。第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一VA: the potential energy of attractionVR: the potential energy of repulsionThe potential energy of attraction in a vacuum for similar spherical particles of radius

3、a whose centers are separated by a distance R is given by the expression (Hamaker, 1937)Where A is the Hamaker (van der Waals) constant and H is the nearest distance between the surfaces of the particles(=R-2a), when H is small (R/a5). The attractive potential energy is always negative because its v

4、alue at infinity is zero and decreases as the particles approach each other.第4頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一VR: the potential energy of repulsion VR depends on the size and shape of the dispersed particles, the distance between them, their surface potential 0,dielectric constant r of the dispersing l

5、iquid, and the effectiveness thickness of the electrical double layer 1/,whereWhere =the relative static permittivity or dielectric constant of the solution ( = the static permittivity of the solution and = the permittivity of a vaccum),R= the gas constant,T= the absolute temperature, F=the Faraday

6、constant, the molar concentration of any ion in the solution phase. 第5頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一For two spherical particles of radius a, when a/(1/k)1, i.e., large particles and relatively thin electrical double layer.The potential energy of repulsion is always positive, since its value at infini

7、ty is zero and increases as the particles approach each other.第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一分散體在較大質(zhì)點(diǎn)距離時(shí)(即第二極小處)發(fā)生的聚集(aggregation)，稱(chēng)為絮凝(flocculation)；在距離較近處(即第一極小處)發(fā)生的聚集(aggregation)，稱(chēng)為聚沉(coagulation)。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一吸引作用能只與Hamaker常數(shù)有關(guān)，而Hamaker常數(shù)對(duì)于指定的體系是一定值，故吸引能為一無(wú)法控制的量；排斥能則不同，它是隨雙電層有

8、效厚度( )及表面電勢(shì)改變的量。一般總勢(shì)能曲線即與 、電解質(zhì)濃度及表面電勢(shì)有關(guān)。能壘高度決定了分散質(zhì)點(diǎn)的穩(wěn)定，還是發(fā)生絮凝質(zhì)點(diǎn)表面上的電勢(shì)越高，則排斥能越大電解質(zhì)濃度增加時(shí)，增加質(zhì)點(diǎn)聚沉的能壘降低，甚至消失第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一粒子半徑與雙電層有效厚度的比值小，在一定距離內(nèi)，粒子間以排斥能為主，所以此時(shí)分散體穩(wěn)定；當(dāng)粒子間距離達(dá)到一定值時(shí)，兩者間表現(xiàn)為吸引能時(shí)，分散粒子發(fā)生聚沉。第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一S：a secondary minimumP: primary minimum大質(zhì)點(diǎn)，雙電層厚度相對(duì)較薄.第10頁(yè)，

9、共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一Particles may aggregate at a relatively large distance between the particles. This type of aggregation is sometimes called flocculation to distinguish it from aggregation in the primary minimum, which is termed coagulation. Since the depth of the secondary minimum is rathe

10、r shallow, flocculation of this type is easily reversible and the particles can be freed by agitation. Particles larger than a few micrometers, especially flat ones, may show this phenomenon第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一(4)幾種常見(jiàn)的穩(wěn)定機(jī)理第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一分散體系中分散劑，如表面活性劑及高分子物的重要作用就是防止分散接近到

11、van der Waals力占優(yōu)勢(shì)的距離，使分散體穩(wěn)定而不至于絮凝或聚沉。分散劑的加入能產(chǎn)生靜電斥力，降低van der Waals引力，有利于溶劑化(水化)，并形成一圍繞質(zhì)點(diǎn)的保護(hù)層?？杖狈€(wěn)定作用是指分散質(zhì)點(diǎn)間未被吸附的高分子產(chǎn)生斥力并保持質(zhì)點(diǎn)分開(kāi)的穩(wěn)定化過(guò)程是1980年提出的理論認(rèn)為在膠體質(zhì)點(diǎn)會(huì)對(duì)高聚物分子產(chǎn)生負(fù)吸附，取出質(zhì)點(diǎn)周?chē)母呔畚锏臐舛鹊陀谌芤簝?nèi)部的高聚物的濃度第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一8.2表面活性劑的分散作用(1)固體粉末分散于液體中的三個(gè)基本過(guò)程：a.分散介質(zhì)應(yīng)完全潤(rùn)濕固體粉末，液體取代固體表面空氣；b.質(zhì)點(diǎn)團(tuán)粒脫聚、分散；c.防止分散質(zhì)

12、點(diǎn)再聚集。(2)表面活性劑在上述過(guò)程中的作用：對(duì)于a過(guò)程，根據(jù)鋪展系數(shù)第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一對(duì)于b過(guò)程，表面活性劑的作用：一是表面活性劑吸附于固體“微裂縫”中，可以減少固體質(zhì)點(diǎn)分裂（分散）所需的機(jī)械功。 二是離子表面活性劑吸附于團(tuán)粒質(zhì)點(diǎn)表面上時(shí)，可使團(tuán)粒中質(zhì)點(diǎn)獲得相同符號(hào)的電荷，質(zhì)點(diǎn)就互相排斥而易于分散于液體中。 對(duì)于c過(guò)程，在水為分散介質(zhì)的分散體系中，表面活性劑吸附時(shí)以其親水基朝向水相，于是降低也質(zhì)點(diǎn)與水之間的界面張力sl，使分散體系的穩(wěn)定性提高。 第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一8.3分散體的聚沉和絮凝(1)中和或降

13、低分散質(zhì)點(diǎn)的界面電勢(shì) 第16頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一(2)橋聯(lián)作用第18頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一高分子的橋聯(lián)作用機(jī)理：高分子表面活性劑分子中含有幾個(gè)功能團(tuán)時(shí)，能吸附在多個(gè)分散劑質(zhì)點(diǎn)上，在濃度較稀的時(shí)候產(chǎn)生橋聯(lián)作用，導(dǎo)致絮凝高分子的保護(hù)作用：如果溶液中的高分子濃度相當(dāng)大，質(zhì)點(diǎn)表面已完全被吸附的高分子覆蓋，此時(shí)高分子起到了保護(hù)作用而不會(huì)通過(guò)橋聯(lián)而絮凝第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一另外，表面活性劑濃度較高時(shí)，若表面活性劑在分散質(zhì)點(diǎn)上有排

14、列緊密的吸附，吸附分子伸展至分散介質(zhì)液體中，并且液相對(duì)于吸附分子伸展部分為不良溶劑時(shí)，此種橋聯(lián)作用易于發(fā)生(3)可逆絮凝就是指通過(guò)某些方法使絮凝體重新分散的過(guò)程第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一具體的作法是：質(zhì)點(diǎn)首先用一離子表面活性劑處理，使之具有足夠高的電勢(shì)，于是質(zhì)點(diǎn)就可以分散；然后再以足夠量的易溶電解質(zhì)處理使圍繞質(zhì)點(diǎn)的雙電層壓縮，直至絮凝發(fā)生如果需要使用時(shí)，沖稀絮凝分散體(同時(shí)電解質(zhì)濃度也降低)可以使其重新分散第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一the relation of surfactant chemical structur

15、e to dispersing propertiesThe term dispersing properties is used for those properties of a surfactant that enable it to adsorb onto a solid particle and to produce by this adsorption energy barriers of sufficient height to disperse the particle in a (generally aqueous) liquid medium. Surfactants sha

16、ring these properties are termed dispersing agents. 8.4表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)與分散作用的關(guān)系第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一(1)水分散體系若要分散的質(zhì)點(diǎn)基本是非極性的，如疏水性碳石墨、炭黑等，并且分散介質(zhì)為水，則一般的表面活性劑(具有一親水端基和一長(zhǎng)疏水鏈)即可應(yīng)用。而且在此體系中，疏水鏈長(zhǎng)的較疏水鏈短的分散作用好。若質(zhì)點(diǎn)帶電，一般的表面活性劑是否可以使用，為什么？第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一用于水介質(zhì)中的帶電或極性固體質(zhì)點(diǎn)的離子型分散劑，一般在分子中不同部位具有離子基團(tuán)，并且其疏水基團(tuán)中有可極化的結(jié)構(gòu)，即除飽和碳?xì)滏溚?，還有如芳香環(huán)或醚鍵一類(lèi)基團(tuán)。通常應(yīng)用的含有多離子基和芳香疏水基的大分子分散劑有萘磺酸-甲醛縮合物和木質(zhì)素磺酸鹽。這類(lèi)分散劑可能的功能：a.阻礙疏水基朝向水相的吸附。b.提高產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)聚集電能壘的效率。c.多離子基團(tuán)及可極化基團(tuán)易于伸入水相中，形成一空間障礙以防止質(zhì)點(diǎn)聚集。第24頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一第25頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)41分，星期一也可以利用空間阻礙使質(zhì)點(diǎn)分散于水介質(zhì)中?？臻g阻礙隨伸入水相中分子鏈的長(zhǎng)度增加而增加。因此