Zeta-電位教學(xué)講解課件

膠體介紹物質(zhì)的三態(tài)：氣、固、液如果其中一相很細(xì)的分散在另一相中，我們稱為膠體體系膠體介紹物質(zhì)的三態(tài)：氣、固、液膠體體系舉例氣溶膠（aerosols）–

細(xì)小液滴或微小固體顆粒分散在氣體中(霧、煙)乳狀液(emulsions)–細(xì)小的油滴分散在水相中(牛奶)反相乳狀液(inverseemulsions)–細(xì)小水滴分散在非水相中(原油)膠體懸浮液(solsorcolloidalsuspensions)–微小顆粒分散在液相中(漆,泥漿)膠體體系舉例氣溶膠（aerosols）–細(xì)小液滴或微小固膠體體系舉例凝膠(gels)

–

聚分子分散在液相中聚合體膠體(associationcolloids)–

表面活性劑分子在水中集合成微胞；某些集合體能形成有序結(jié)構(gòu)與液晶

膠體體系舉例凝膠(gels)–聚分子分散在液相中a)顆粒分散體b)高分子溶液生物高分子，聚合物溶液

固體懸浮液(混染料顆粒的塑膠)固液膠體懸浮液(泥漿，漆，牙膏)氣固體氣溶膠(粉體，灰塵，煙霧)固體乳液(澳寶，珍珠)乳狀液(牛奶，蛋黃漿)液體氣溶膠(霧，噴霧)固體泡沫(擴(kuò)張的塑料)泡沫(氣泡，剃須膏)固液氣分散相(顆粒)連續(xù)相(介質(zhì))膠體體系a)顆粒分散體b)高分子溶液生物高分子，聚合物溶液固體懸浮膠體體系在分散體中的顆?？赡苌删酆象w而變成大顆粒沉淀新形成的集合體稱為絮狀物（FLOC），其過程稱為絮凝（

FLOCCULATION）-其過程是可逆的(DEFLOCCULATION)如果集合體變成更緊密的聚合體，其過程稱為凝結(jié)（COAGULATION）–其過程是不可逆的膠體體系在分散體中的顆?？赡苌删酆象w而變成大顆粒沉淀團(tuán)聚造成分散體系不穩(wěn)定的機(jī)理絮凝沉降沉降團(tuán)聚穩(wěn)定體系絮凝團(tuán)聚造成分散體系不穩(wěn)定的機(jī)理絮凝沉降沉降團(tuán)聚穩(wěn)定體系絮凝膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在1940年代Derjaguin,Landau,Verway與Overbeek提出了描述膠體穩(wěn)定的理論認(rèn)為膠體體系的穩(wěn)定性是當(dāng)顆粒相互接近時(shí)它們之間的雙電層互斥力與范德瓦爾互吸力的凈結(jié)果膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在1940年代Derjaguin,此理論提出當(dāng)顆粒接近時(shí)顆粒之間的能量障礙來自于互斥力當(dāng)顆粒有足夠的能量克服此障礙時(shí)，互吸力將使顆粒進(jìn)一步接近并不可逆的粘在一起膠體穩(wěn)定性:DLVO理論此理論提出當(dāng)顆粒接近時(shí)顆粒之間的能量障礙來自于互斥力膠體穩(wěn)定膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在某些情況下，如高鹽濃度，有可能有一個(gè)“二級(jí)能量最低點(diǎn)”，形成顆粒間很弱的并且可逆的粘合

這些弱絮凝（軟團(tuán)聚）不會(huì)由于布朗運(yùn)動(dòng)而解散，但可在攪拌等外力作用下而解散膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在某些情況下，如高鹽濃度，有可能有膠體穩(wěn)定性:DLVO理論膠體穩(wěn)定性:DLVO理論如果顆粒有足夠高的互斥力，它們之間不會(huì)生成絮凝

(膠體穩(wěn)定)如果沒有互斥機(jī)理，絮凝與團(tuán)聚終究會(huì)發(fā)生

(膠體不穩(wěn)定)膠體穩(wěn)定性:DLVO理論如果顆粒有足夠高的互斥力，它們之間不會(huì)生成絮凝(膠體穩(wěn)定)維持膠體穩(wěn)定性如欲維持膠體穩(wěn)定，互斥力必須占主導(dǎo)有兩種影響膠體穩(wěn)定的基本機(jī)理:位阻排斥靜電排斥維持膠體穩(wěn)定性如欲維持膠體穩(wěn)定，互斥力必須占主導(dǎo)影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理位阻穩(wěn)定

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加入到體系中的聚分子在顆粒表面的吸附造成互斥影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理位阻穩(wěn)定–加入到體系中的聚分子在顆粒表位阻穩(wěn)定僅需要加入合適的聚分子但以后如需要產(chǎn)生絮凝則很困難聚分子成本高并可能產(chǎn)生副作用(如當(dāng)瓷器的胚子中有很多高分子，在培燒時(shí)會(huì)收縮而生成缺陷)位阻穩(wěn)定僅需要加入合適的聚分子靜電或電荷穩(wěn)定

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源自于帶電顆粒的相互作用影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理靜電或電荷穩(wěn)定–源自于帶電顆粒的相互作用影響膠體穩(wěn)定的機(jī)靜電或電荷穩(wěn)定改變系統(tǒng)中的離子濃度可影響體系的穩(wěn)定或團(tuán)聚是可逆過程成本很低Zeta電位可很好的指示顆粒間作用強(qiáng)度從而它的測(cè)量可用來預(yù)測(cè)膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性靜電或電荷穩(wěn)定改變系統(tǒng)中的離子濃度可影響體系的穩(wěn)定或團(tuán)聚是可表面電荷的來源大部分水相中的膠體體系帶一定的電荷基于顆粒的本性與周圍介質(zhì)，表面電荷可起源于不同的原因讓我們看一下最重要的機(jī)理表面電荷的來源大部分水相中的膠體體系帶一定的電荷表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解顆粒表面任何酸性集團(tuán)的離解會(huì)使表面帶上負(fù)電顆粒表面任何堿性集團(tuán)的離解會(huì)使表面帶上正電電荷的多少取決于表面酸堿的強(qiáng)度與溶液的pH表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解顆粒表面任何酸性集團(tuán)的離解會(huì)使表表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOO-COO-COO-COO-COO-COO-H+H+H+H+H+H+酸基團(tuán)的離解表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解COOHCOOHCOOHCOOH表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解堿基團(tuán)的離解OHOHOHOHOHOHOH-OH-OH-OH-OH-OH-++++++表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解堿基團(tuán)的離解OHOHOHOHOH當(dāng)AgI的晶體分散在水中時(shí)，如果等同量的Ag+離子與I-離子溶解，表面是中性的但實(shí)際上，有更多的Ag+離子溶解，造成帶負(fù)電的表面表面電荷的來源：晶格中不同離子的離解度當(dāng)AgI的晶體分散在水中時(shí)，如果等同量的Ag+離子與I-離子AgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-I-Ag+Ag+Ag+Ag+I-I-表面電荷的來源:晶格中不同離子的離解度AgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附表面活性劑離子可被吸附在顆粒表面陽離子表面活性劑會(huì)造成帶正電的表面陰離子表面活性劑會(huì)造成帶負(fù)電的表面表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附表面活性劑離子RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-陽離子表面活性劑表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-H+H+H+H+H+H+H+表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附陰離子表面活性劑RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-雙電層在顆粒表面的電荷變化會(huì)影響離子在界面的分布，造成表面周圍平衡離子的濃度增加這樣，在每一顆粒周圍生成一個(gè)雙電層雙電層在顆粒表面的電荷變化會(huì)影響離子在界面的分布，造成表面周++++++---------++固體Stern層Gouy層或擴(kuò)散層溶液剪切面Gouy面內(nèi)

Helmholtz面外

Helmholtz面雙電層結(jié)構(gòu):Gouy-Chapman-Stern-Grahame模型OttoStern(1888-1969)，德裔美國(guó)物理學(xué)家，由于分子束的研究獲1943年諾貝爾物理獎(jiǎng)。但最著名的是雙電層的研究.++++++---------++固體Stern層Gouy層什么是Zeta電位?Zeta電位是與一個(gè)顆粒在某一特定介質(zhì)中所帶的總電荷有關(guān)確切地來說,是顆粒在剪切面處的電位與顆粒表面與分散介質(zhì)有關(guān)也可能與表面電位無關(guān)微小的pH或離子濃度變化可能會(huì)產(chǎn)生很大的zeta電位變化剪切面的位置變化也會(huì)影響Zeta電位{Sternlayer剪切面擴(kuò)散層--1000mV到顆粒表面的距離表面電位Stern電位Zeta電位什么是Zeta電位?Zeta電位是與一個(gè)顆粒在某一特定介質(zhì)中Zeta電位與分散液的穩(wěn)定性Zeta電位可用來作為膠體體系穩(wěn)定性的指示如果顆粒帶有很多負(fù)的或正的電荷,也就是說很高的Zeta電位,它們會(huì)相互排斥,從而達(dá)到整個(gè)體系的穩(wěn)定性如果顆粒帶有很少負(fù)的或正的電荷,也就是說它的Zeta電位很低,它們會(huì)相互吸引,從而達(dá)到整個(gè)體系的穩(wěn)定性Zeta電位與分散液的穩(wěn)定性Zeta電位可用來作為膠體體系穩(wěn)分散穩(wěn)定性與Zeta電位一般來說,Zeta電位愈高,顆粒的分散體系愈穩(wěn)定水相中顆粒分散穩(wěn)定性的分界線一般認(rèn)為在+30mV或-30mV如果所有顆粒都帶有高于+30mV或低于-30mV的zeta電位,則該分散體系應(yīng)該比較穩(wěn)定分散穩(wěn)定性與Zeta電位一般來說,Zeta電位愈高,顆粒的影響Zeta電位的因素分散體系的Zeta電位可因下列因素而變化:pH的變化溶液電導(dǎo)率的變化某種特殊添加劑的濃度,如表面活性劑,高分子測(cè)量一個(gè)顆粒的zeta勢(shì)能作為上述變量的變化可了解產(chǎn)品的穩(wěn)定性，反過來也可決定生成絮凝的最佳條件影響Zeta電位的因素分散體系的Zeta電位可因下列因素而變Zeta電位與pH影響zeta電位最重要的因素是pH當(dāng)談?wù)搝eta電位時(shí)，不指明pH根本一點(diǎn)意義都沒有Zeta電位與pH影響zeta電位最重要的因素是pHZeta電位與pH假定在懸浮液中有一個(gè)帶負(fù)電的顆粒假如往這一懸浮液中加入堿性物質(zhì)，顆粒會(huì)得到更多的負(fù)電假如往這一懸浮液中加入酸性物質(zhì)，在一定程度時(shí)，顆粒的電荷將會(huì)被中和進(jìn)一步加入酸，顆粒將會(huì)帶更多的正電Zeta電位與pH假定在懸浮液中有一個(gè)帶負(fù)電的顆粒Zeta電位與pHZeta電位對(duì)pH作圖在低pH將是正的，在高pH將是負(fù)的這中間一定有一點(diǎn)會(huì)通過零zeta電位這一點(diǎn)稱為等電點(diǎn)，是相當(dāng)重要的一點(diǎn)

通常在這一點(diǎn)膠體是最不穩(wěn)定的Zeta電位與pHZeta電位對(duì)pH作圖在低pH將是正的，在影響Zeta電位的因素:pH2468101-60-40-200204060等電點(diǎn)ZetaPotential(mV)pH2穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定影響Zeta電位的因素:pH2468101-60-40-20Zeta電位與電導(dǎo)率雙電層的厚度與溶液中的離子濃度有關(guān)，可根據(jù)介質(zhì)的離子強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算離子強(qiáng)度越高，雙電層愈壓縮離子的化合價(jià)也會(huì)影響雙單層的厚度三價(jià)離子(Al3+)將會(huì)比單價(jià)離子(Na+)更多的壓縮雙電層Zeta電位與電導(dǎo)率雙電層的厚度與溶液中的離子濃度有關(guān)，可根Zeta電位與電導(dǎo)率無機(jī)離子可有兩種方法與帶電表面相作用

非選擇性吸附.對(duì)于等電點(diǎn)沒有影響

選擇性吸附.會(huì)改變等電點(diǎn)

即使很低濃度的選擇性吸附離子,也會(huì)對(duì)Zeta電位有很大的影響

有時(shí)選擇性吸附離子甚至?xí)斐深w粒從帶負(fù)電變成帶正電,從帶正電變成帶負(fù)電Zeta電位與電導(dǎo)率無機(jī)離子可有兩種方法與帶電表面相作用Zeta電位與添加劑濃度研究樣品中的添加劑濃度對(duì)產(chǎn)品zeta電位的影響可為研發(fā)穩(wěn)定配方的產(chǎn)品提供有用的信息樣品中已知雜質(zhì)對(duì)zeta電位的影響可作為研制抗絮凝的產(chǎn)品的有力工具Zeta電位與添加劑濃度研究樣品中的添加劑濃度對(duì)產(chǎn)品zeta不同疫苗配方的長(zhǎng)期穩(wěn)定性可通過Zeta電位來預(yù)測(cè)疫苗顆粒的Zeta電位-1000100Zeta電位(mV)2468強(qiáng)度均值

=-52mV配方

A-1000100Zeta電位(mV)2468強(qiáng)度均值

=-24mV配方

B不同疫苗配方的長(zhǎng)期穩(wěn)定性可通過Zeta電位來預(yù)測(cè)疫苗顆粒的Z氧化釔與氧化鋁粉末Zeta電位用于在不同分散劑(CPE或APE)下選擇適當(dāng)酸堿度以達(dá)到最佳分散3456789101112-50-40-30-20-10010203040Zeta電位

(mV)pHAl2O3/CPEAl2O3/APEY2O3/APEY2O3/CPE氧化釔與氧化鋁粉末Zeta電位用于在不同分散劑(CPE或AP礦石通過碾碎,與收集劑混合,懸浮,與浮選來達(dá)到分離其效率取決于收集劑在礦石顆粒上的吸附Zeta電位可用來控制此種吸附Zeta電位應(yīng)用:礦物與礦石礦石通過碾碎,與收集劑混合,懸浮,與浮選來達(dá)到分離Zeta電鉆井液體中泥漿是很重要的組成部分在遠(yuǎn)離鉆頭的地方須用帶高表面電位的懸浮液來保持粘土顆粒的分離使得顆粒能透過多空的井壁,填塞土層的小孔從而形成不透水的涂層來防止鉆井液體的流失在鉆頭附近,需用低表面電位的顆粒來形成絮狀懸浮液.這樣一來,井就不會(huì)被堵住Zeta電位應(yīng)用:鉆井泥漿鉆井液體中泥漿是很重要的組成部分Zeta電位應(yīng)用:鉆井泥漿粒度分布與懸浮液的穩(wěn)定性都極其重要,決定產(chǎn)品的質(zhì)量(厚度與密度).集聚體會(huì)造成空洞而減弱強(qiáng)度陶瓷產(chǎn)品一般是用Slip鑄造來制造.粘土懸浮液倒進(jìn)多孔模具內(nèi),水流出而形成結(jié)塊的陶瓷胚陶瓷的最后結(jié)構(gòu)取決于顆粒的表面電位可用添加劑或調(diào)節(jié)pH來改善表面電位以增加產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性Zeta電位應(yīng)用:工程陶瓷與應(yīng)用陶瓷粒度分布與懸浮液的穩(wěn)定性都極其重要,決定產(chǎn)品的質(zhì)量(厚度與密漆中的色素顆粒必須達(dá)到很好的分散從而形成具有正確顏色的光滑漆面由于低Zeta電位而造成的色素聚集體會(huì)改變漆的光澤,表面結(jié)構(gòu),甚至顏色Zeta電位應(yīng)用:漆漆中的色素顆粒必須達(dá)到很好的分散從而形成具有正確顏色的光滑漆造紙,采礦,乳制品工業(yè)中的廢水中的大顆粒一般通過過濾與沉淀來去除小顆粒必須通過凝聚形成大團(tuán)粒才能被去除關(guān)鍵在于減低Zeta電位從而凝聚可發(fā)生Zeta電位應(yīng)用:廢水處理造紙,采礦,乳制品工業(yè)中的廢水中的大顆粒一般通過過濾與沉淀來飲料乳劑由下列成份組成油相:

油,增重劑水相:水,水化膠體,酸任一成分的誤差都會(huì)造成不穩(wěn)定:乳狀物之沉淀或上浮

(相分離)絮凝(油滴聚集)乳化液的聚結(jié)(形成大滴)關(guān)鍵:顆粒大小,表面電位,密度差異Zeta電位應(yīng)用:飲料乳劑飲料乳劑由下列成份組成Zeta電位應(yīng)用:飲料乳劑動(dòng)電學(xué)效應(yīng)表面電荷的存在使得顆粒在一外加電場(chǎng)中呈現(xiàn)某些特殊效應(yīng)

這些效應(yīng)總稱為動(dòng)電學(xué)效應(yīng)根據(jù)引入運(yùn)動(dòng)的方式，有四種不同的動(dòng)電學(xué)效應(yīng)動(dòng)電學(xué)效應(yīng)表面電荷的存在使得顆粒在一外加電場(chǎng)中呈現(xiàn)某些特殊效動(dòng)電學(xué)效應(yīng)電泳:在外加電場(chǎng)中帶電顆粒相對(duì)于靜止懸浮液體的運(yùn)動(dòng)電滲:在外加電場(chǎng)中相對(duì)于靜止帶電表面的液體運(yùn)動(dòng)流動(dòng)電勢(shì):當(dāng)液體流過靜止表面時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)沉降電勢(shì):當(dāng)帶電顆粒在靜止液體中流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)動(dòng)電學(xué)效應(yīng)電泳:在外加電場(chǎng)中帶電顆粒相對(duì)于靜止懸浮液體的運(yùn)測(cè)量Zeta電位:電泳在一平行電場(chǎng)中,帶電顆粒向相反極性的電極運(yùn)動(dòng)顆粒的運(yùn)動(dòng)速度與下列因素有關(guān):電場(chǎng)強(qiáng)度介質(zhì)的介電常數(shù) 已知參數(shù)介質(zhì)的粘度Zeta電位測(cè)量Zeta電位:電泳在一平行電場(chǎng)中,帶電顆粒向相反極性的電電泳UE=2ezf(ka)3hz=zeta電位(mV)UE=電泳淌度(mmcm/sec/V)e=介電常數(shù)(eoer)(F/m)=粘度(Poise)f(ka)=Henry函數(shù)Zeta電位與電泳淌度之間由Henry方程相連電泳UE=2ezf(ka)3hz=zetaHenry函數(shù)f(ka)k的單位是長(zhǎng)度的倒數(shù)，

1/k=雙電層厚度(德拜長(zhǎng)度)a=顆粒半徑ka=顆粒半徑與雙電層厚度之比Henry函數(shù)f(ka)k的單位是長(zhǎng)度的倒數(shù)，1/k=雙非極性介質(zhì)Henry函數(shù)f(ka)Hückel近似f(ka)=1.0Smoluchowski近似f(ka)=1.5a1/k極性介質(zhì)a1/k非極性介質(zhì)Henry函數(shù)f(ka)Hückel近似f(ka)k-1=((eoerkBT)/(2000e2IN))0.5 eo=真空介電常數(shù)er=液體的相對(duì)介電常數(shù)kB=波爾茲曼常數(shù)T=絕對(duì)溫度e=單位電荷（庫(kù)倫）I=離子強(qiáng)度(mol/L)N=阿伏加得羅常數(shù)在水相298K時(shí): k-1=0.304/(I)0.5(nm)

計(jì)算德拜長(zhǎng)度k-1=((eoerkBT)/(2000e2IN)第二部分Zeta電位實(shí)驗(yàn)第二部分Zeta電位實(shí)驗(yàn)Zeta電位測(cè)量的樣品制備許多樣品可直接測(cè)量許多樣品仍需要稀釋

稀釋的方法正確與否直接影響到結(jié)果Zeta電位測(cè)量的樣品制備許多樣品可直接測(cè)量Zeta電位測(cè)量的樣品制備稀釋介質(zhì)尤其重要不指明顆粒是分散在哪一種介質(zhì)中而討論結(jié)果是沒有意義的Zeta電位不單取決于顆粒表面的電荷分布，也取決于分散相的組成Zeta電位測(cè)量的樣品制備稀釋介質(zhì)尤其重要稀釋介質(zhì)大部分樣品的連續(xù)相可大致分為兩類：極性分散劑(介電常數(shù)>20)非極性分散劑(介電常數(shù)<20，如碳?xì)浠衔?稀釋介質(zhì)大部分樣品的連續(xù)相可大致分為兩類：如何稀釋樣品對(duì)于最終測(cè)量結(jié)果影響極大分散相的組成直接影響顆粒表面及其電荷,從而影響Zeta電位樣品制備的目的之一是在稀釋后仍保存顆粒表面原有的狀態(tài)最好的方法是用樣品原有的分散介質(zhì)來進(jìn)行稀釋.可將原樣品過濾或離心以去除顆粒,以得到清液用這種方法得到的介質(zhì)來配制稀懸浮液,可保持原有的液-固界面條件如何稀釋水相Zeta電位樣品?如何稀釋樣品對(duì)于最終測(cè)量結(jié)果影響極大如何稀釋水相Zeta電位假如不能獲取上層清液,可讓樣品自然沉淀,用留在上層的帶小顆粒的懸浮液進(jìn)行測(cè)量.因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候,Zeta電位隨顆粒大小的變化很小另一方法是用與原介質(zhì)盡可能相似的介質(zhì)來進(jìn)行稀釋:pH總的離子強(qiáng)度任何表面活性劑或高分子添加劑的濃度如何稀釋水相Zeta電位樣品?假如不能獲取上層清液,可讓樣品自然沉淀,用留在上層的帶小顆粒非水相體系用于水相體系同樣的原則來制備體系可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間來達(dá)到平衡所測(cè)到的電泳淌度通常相當(dāng)?shù)?，因?yàn)榻橘|(zhì)的介電常數(shù)很小但是得到的Zeta電位可能很高200至250mV非水相體系用于水相體系同樣的原則來制備膠體介紹物質(zhì)的三態(tài)：氣、固、液如果其中一相很細(xì)的分散在另一相中，我們稱為膠體體系膠體介紹物質(zhì)的三態(tài)：氣、固、液膠體體系舉例氣溶膠（aerosols）–

細(xì)小液滴或微小固體顆粒分散在氣體中(霧、煙)乳狀液(emulsions)–細(xì)小的油滴分散在水相中(牛奶)反相乳狀液(inverseemulsions)–細(xì)小水滴分散在非水相中(原油)膠體懸浮液(solsorcolloidalsuspensions)–微小顆粒分散在液相中(漆,泥漿)膠體體系舉例氣溶膠（aerosols）–細(xì)小液滴或微小固膠體體系舉例凝膠(gels)

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聚分子分散在液相中聚合體膠體(associationcolloids)–

表面活性劑分子在水中集合成微胞；某些集合體能形成有序結(jié)構(gòu)與液晶

膠體體系舉例凝膠(gels)–聚分子分散在液相中a)顆粒分散體b)高分子溶液生物高分子，聚合物溶液

固體懸浮液(混染料顆粒的塑膠)固液膠體懸浮液(泥漿，漆，牙膏)氣固體氣溶膠(粉體，灰塵，煙霧)固體乳液(澳寶，珍珠)乳狀液(牛奶，蛋黃漿)液體氣溶膠(霧，噴霧)固體泡沫(擴(kuò)張的塑料)泡沫(氣泡，剃須膏)固液氣分散相(顆粒)連續(xù)相(介質(zhì))膠體體系a)顆粒分散體b)高分子溶液生物高分子，聚合物溶液固體懸浮膠體體系在分散體中的顆粒可能生成聚合體而變成大顆粒沉淀新形成的集合體稱為絮狀物（FLOC），其過程稱為絮凝（

FLOCCULATION）-其過程是可逆的(DEFLOCCULATION)如果集合體變成更緊密的聚合體，其過程稱為凝結(jié)（COAGULATION）–其過程是不可逆的膠體體系在分散體中的顆?？赡苌删酆象w而變成大顆粒沉淀團(tuán)聚造成分散體系不穩(wěn)定的機(jī)理絮凝沉降沉降團(tuán)聚穩(wěn)定體系絮凝團(tuán)聚造成分散體系不穩(wěn)定的機(jī)理絮凝沉降沉降團(tuán)聚穩(wěn)定體系絮凝膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在1940年代Derjaguin,Landau,Verway與Overbeek提出了描述膠體穩(wěn)定的理論認(rèn)為膠體體系的穩(wěn)定性是當(dāng)顆粒相互接近時(shí)它們之間的雙電層互斥力與范德瓦爾互吸力的凈結(jié)果膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在1940年代Derjaguin,此理論提出當(dāng)顆粒接近時(shí)顆粒之間的能量障礙來自于互斥力當(dāng)顆粒有足夠的能量克服此障礙時(shí)，互吸力將使顆粒進(jìn)一步接近并不可逆的粘在一起膠體穩(wěn)定性:DLVO理論此理論提出當(dāng)顆粒接近時(shí)顆粒之間的能量障礙來自于互斥力膠體穩(wěn)定膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在某些情況下，如高鹽濃度，有可能有一個(gè)“二級(jí)能量最低點(diǎn)”，形成顆粒間很弱的并且可逆的粘合

這些弱絮凝（軟團(tuán)聚）不會(huì)由于布朗運(yùn)動(dòng)而解散，但可在攪拌等外力作用下而解散膠體穩(wěn)定性:DLVO理論在某些情況下，如高鹽濃度，有可能有膠體穩(wěn)定性:DLVO理論膠體穩(wěn)定性:DLVO理論如果顆粒有足夠高的互斥力，它們之間不會(huì)生成絮凝

(膠體穩(wěn)定)如果沒有互斥機(jī)理，絮凝與團(tuán)聚終究會(huì)發(fā)生

(膠體不穩(wěn)定)膠體穩(wěn)定性:DLVO理論如果顆粒有足夠高的互斥力，它們之間不會(huì)生成絮凝(膠體穩(wěn)定)維持膠體穩(wěn)定性如欲維持膠體穩(wěn)定，互斥力必須占主導(dǎo)有兩種影響膠體穩(wěn)定的基本機(jī)理:位阻排斥靜電排斥維持膠體穩(wěn)定性如欲維持膠體穩(wěn)定，互斥力必須占主導(dǎo)影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理位阻穩(wěn)定

–

加入到體系中的聚分子在顆粒表面的吸附造成互斥影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理位阻穩(wěn)定–加入到體系中的聚分子在顆粒表位阻穩(wěn)定僅需要加入合適的聚分子但以后如需要產(chǎn)生絮凝則很困難聚分子成本高并可能產(chǎn)生副作用(如當(dāng)瓷器的胚子中有很多高分子，在培燒時(shí)會(huì)收縮而生成缺陷)位阻穩(wěn)定僅需要加入合適的聚分子靜電或電荷穩(wěn)定

–

源自于帶電顆粒的相互作用影響膠體穩(wěn)定的機(jī)理靜電或電荷穩(wěn)定–源自于帶電顆粒的相互作用影響膠體穩(wěn)定的機(jī)靜電或電荷穩(wěn)定改變系統(tǒng)中的離子濃度可影響體系的穩(wěn)定或團(tuán)聚是可逆過程成本很低Zeta電位可很好的指示顆粒間作用強(qiáng)度從而它的測(cè)量可用來預(yù)測(cè)膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性靜電或電荷穩(wěn)定改變系統(tǒng)中的離子濃度可影響體系的穩(wěn)定或團(tuán)聚是可表面電荷的來源大部分水相中的膠體體系帶一定的電荷基于顆粒的本性與周圍介質(zhì)，表面電荷可起源于不同的原因讓我們看一下最重要的機(jī)理表面電荷的來源大部分水相中的膠體體系帶一定的電荷表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解顆粒表面任何酸性集團(tuán)的離解會(huì)使表面帶上負(fù)電顆粒表面任何堿性集團(tuán)的離解會(huì)使表面帶上正電電荷的多少取決于表面酸堿的強(qiáng)度與溶液的pH表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解顆粒表面任何酸性集團(tuán)的離解會(huì)使表表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOO-COO-COO-COO-COO-COO-H+H+H+H+H+H+酸基團(tuán)的離解表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解COOHCOOHCOOHCOOH表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解堿基團(tuán)的離解OHOHOHOHOHOHOH-OH-OH-OH-OH-OH-++++++表面電荷來源：表面基團(tuán)的離解堿基團(tuán)的離解OHOHOHOHOH當(dāng)AgI的晶體分散在水中時(shí)，如果等同量的Ag+離子與I-離子溶解，表面是中性的但實(shí)際上，有更多的Ag+離子溶解，造成帶負(fù)電的表面表面電荷的來源：晶格中不同離子的離解度當(dāng)AgI的晶體分散在水中時(shí)，如果等同量的Ag+離子與I-離子AgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-I-Ag+Ag+Ag+Ag+I-I-表面電荷的來源:晶格中不同離子的離解度AgIAgIAgIAgIAgIAgIAgIAgII-I-I-表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附表面活性劑離子可被吸附在顆粒表面陽離子表面活性劑會(huì)造成帶正電的表面陰離子表面活性劑會(huì)造成帶負(fù)電的表面表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附表面活性劑離子RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-陽離子表面活性劑表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RNH3+RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-H+H+H+H+H+H+H+表面電荷的來源:帶電離子與離子表面活性劑的吸附陰離子表面活性劑RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-RSO3-雙電層在顆粒表面的電荷變化會(huì)影響離子在界面的分布，造成表面周圍平衡離子的濃度增加這樣，在每一顆粒周圍生成一個(gè)雙電層雙電層在顆粒表面的電荷變化會(huì)影響離子在界面的分布，造成表面周++++++---------++固體Stern層Gouy層或擴(kuò)散層溶液剪切面Gouy面內(nèi)

Helmholtz面外

Helmholtz面雙電層結(jié)構(gòu):Gouy-Chapman-Stern-Grahame模型OttoStern(1888-1969)，德裔美國(guó)物理學(xué)家，由于分子束的研究獲1943年諾貝爾物理獎(jiǎng)。但最著名的是雙電層的研究.++++++---------++固體Stern層Gouy層什么是Zeta電位?Zeta電位是與一個(gè)顆粒在某一特定介質(zhì)中所帶的總電荷有關(guān)確切地來說,是顆粒在剪切面處的電位與顆粒表面與分散介質(zhì)有關(guān)也可能與表面電位無關(guān)微小的pH或離子濃度變化可能會(huì)產(chǎn)生很大的zeta電位變化剪切面的位置變化也會(huì)影響Zeta電位{Sternlayer剪切面擴(kuò)散層--1000mV到顆粒表面的距離表面電位Stern電位Zeta電位什么是Zeta電位?Zeta電位是與一個(gè)顆粒在某一特定介質(zhì)中Zeta電位與分散液的穩(wěn)定性Zeta電位可用來作為膠體體系穩(wěn)定性的指示如果顆粒帶有很多負(fù)的或正的電荷,也就是說很高的Zeta電位,它們會(huì)相互排斥,從而達(dá)到整個(gè)體系的穩(wěn)定性如果顆粒帶有很少負(fù)的或正的電荷,也就是說它的Zeta電位很低,它們會(huì)相互吸引,從而達(dá)到整個(gè)體系的穩(wěn)定性Zeta電位與分散液的穩(wěn)定性Zeta電位可用來作為膠體體系穩(wěn)分散穩(wěn)定性與Zeta電位一般來說,Zeta電位愈高,顆粒的分散體系愈穩(wěn)定水相中顆粒分散穩(wěn)定性的分界線一般認(rèn)為在+30mV或-30mV如果所有顆粒都帶有高于+30mV或低于-30mV的zeta電位,則該分散體系應(yīng)該比較穩(wěn)定分散穩(wěn)定性與Zeta電位一般來說,Zeta電位愈高,顆粒的影響Zeta電位的因素分散體系的Zeta電位可因下列因素而變化:pH的變化溶液電導(dǎo)率的變化某種特殊添加劑的濃度,如表面活性劑,高分子測(cè)量一個(gè)顆粒的zeta勢(shì)能作為上述變量的變化可了解產(chǎn)品的穩(wěn)定性，反過來也可決定生成絮凝的最佳條件影響Zeta電位的因素分散體系的Zeta電位可因下列因素而變Zeta電位與pH影響zeta電位最重要的因素是pH當(dāng)談?wù)搝eta電位時(shí)，不指明pH根本一點(diǎn)意義都沒有Zeta電位與pH影響zeta電位最重要的因素是pHZeta電位與pH假定在懸浮液中有一個(gè)帶負(fù)電的顆粒假如往這一懸浮液中加入堿性物質(zhì)，顆粒會(huì)得到更多的負(fù)電假如往這一懸浮液中加入酸性物質(zhì)，在一定程度時(shí)，顆粒的電荷將會(huì)被中和進(jìn)一步加入酸，顆粒將會(huì)帶更多的正電Zeta電位與pH假定在懸浮液中有一個(gè)帶負(fù)電的顆粒Zeta電位與pHZeta電位對(duì)pH作圖在低pH將是正的，在高pH將是負(fù)的這中間一定有一點(diǎn)會(huì)通過零zeta電位這一點(diǎn)稱為等電點(diǎn)，是相當(dāng)重要的一點(diǎn)

通常在這一點(diǎn)膠體是最不穩(wěn)定的Zeta電位與pHZeta電位對(duì)pH作圖在低pH將是正的，在影響Zeta電位的因素:pH2468101-60-40-200204060等電點(diǎn)ZetaPotential(mV)pH2穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定影響Zeta電位的因素:pH2468101-60-40-20Zeta電位與電導(dǎo)率雙電層的厚度與溶液中的離子濃度有關(guān)，可根據(jù)介質(zhì)的離子強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算離子強(qiáng)度越高，雙電層愈壓縮離子的化合價(jià)也會(huì)影響雙單層的厚度三價(jià)離子(Al3+)將會(huì)比單價(jià)離子(Na+)更多的壓縮雙電層Zeta電位與電導(dǎo)率雙電層的厚度與溶液中的離子濃度有關(guān)，可根Zeta電位與電導(dǎo)率無機(jī)離子可有兩種方法與帶電表面相作用

非選擇性吸附.對(duì)于等電點(diǎn)沒有影響

選擇性吸附.會(huì)改變等電點(diǎn)

即使很低濃度的選擇性吸附離子,也會(huì)對(duì)Zeta電位有很大的影響

有時(shí)選擇性吸附離子甚至?xí)斐深w粒從帶負(fù)電變成帶正電,從帶正電變成帶負(fù)電Zeta電位與電導(dǎo)率無機(jī)離子可有兩種方法與帶電表面相作用Zeta電位與添加劑濃度研究樣品中的添加劑濃度對(duì)產(chǎn)品zeta電位的影響可為研發(fā)穩(wěn)定配方的產(chǎn)品提供有用的信息樣品中已知雜質(zhì)對(duì)zeta電位的影響可作為研制抗絮凝的產(chǎn)品的有力工具Zeta電位與添加劑濃度研究樣品中的添加劑濃度對(duì)產(chǎn)品zeta不同疫苗配方的長(zhǎng)期穩(wěn)定性可通過Zeta電位來預(yù)測(cè)疫苗顆粒的Zeta電位-1000100Zeta電位(mV)2468強(qiáng)度均值

=-52mV配方

A-1000100Zeta電位(mV)2468強(qiáng)度均值

=-24mV配方

B不同疫苗配方的長(zhǎng)期穩(wěn)定性可通過Zeta電位來預(yù)測(cè)疫苗顆粒的Z氧化釔與氧化鋁粉末Zeta電位用于在不同分散劑(CPE或APE)下選擇適當(dāng)酸堿度以達(dá)到最佳分散3456789101112-50-40-30-20-10010203040Zeta電位

(mV)pHAl2O3/CPEAl2O3/APEY2O3/APEY2O3/CPE氧化釔與氧化鋁粉末Zeta電位用于在不同分散劑(CPE或AP礦石通過碾碎,與收集劑混合,懸浮,與浮選來達(dá)到分離其效率取決于收集劑在礦石顆粒上的吸附Zeta電位可用來控制此種吸附Zeta電位應(yīng)用:礦物與礦石礦石通過碾碎,與收集劑混合,懸浮,與浮選來達(dá)到分離Zeta電鉆井液體中泥漿是很重要的組成部分在遠(yuǎn)離鉆頭的地方須用帶高表面電位的懸浮液來保持粘土顆粒的分離使得顆粒能透過多空的井壁,填塞土層的小孔從而形成不透水的涂層來防止鉆井液體的流失在鉆頭附近,需用低表面電位的顆粒來形成絮狀懸浮液.這樣一來,井就不會(huì)被堵住Zeta電位應(yīng)用:鉆井泥漿鉆井液體中泥漿是很重要的組成部分Zeta電位應(yīng)用:鉆井泥漿粒度分布與懸浮液的穩(wěn)定性都極其重要,決定產(chǎn)品的質(zhì)量(厚度與密度).集聚體會(huì)造成空洞而減弱強(qiáng)度陶瓷產(chǎn)品一般是用Slip鑄造來制造.粘土懸浮液倒進(jìn)多孔模具內(nèi),水流出而形成結(jié)塊的陶瓷胚陶瓷的最后結(jié)構(gòu)取決于顆粒的表面電位可用添加劑或調(diào)節(jié)pH來改善表面電位以增加產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性Zeta電位應(yīng)用:工程陶瓷與應(yīng)用陶瓷粒度分布與懸浮液的穩(wěn)定性都極其重要,決定產(chǎn)品的質(zhì)量(厚度與密漆中的色素顆粒必須達(dá)到很好的分散從而形成具有正確顏色的光滑漆面由于低Zeta電位而造成的色素聚集體會(huì)改變漆的光澤,表面結(jié)構(gòu),甚至顏色Zeta電位應(yīng)用:漆漆中的色素顆粒必須達(dá)到很好的分散從而形成具有正確顏色的光滑漆造紙,采礦,乳制品工業(yè)中的廢水中的大顆粒一般通過過濾與沉淀來去除小顆粒必須通過凝聚形成大團(tuán)粒才能被去除關(guān)鍵在于減低Zeta電位從而凝聚可發(fā)生Zeta電位應(yīng)用:廢水處理造紙,采礦,乳制品工業(yè)中的廢水中的大顆粒一般通過過濾與沉淀來飲料乳劑由下列成份組成油相:

油,增重劑水相:水,水化膠體,酸任一成分的誤差都會(huì)造成不穩(wěn)定:乳狀物之沉淀或上浮

(相分離)絮凝(油滴聚集)乳化液的聚結(jié)(形成大滴)關(guān)鍵:顆粒大小,表面電位,密度差異Zeta電位應(yīng)用:飲料乳劑飲料乳劑由下列成份組成Zeta電位應(yīng)用:飲料乳劑動(dòng)電學(xué)效應(yīng)表面電荷的存在使得顆粒在一外加電場(chǎng)中呈現(xiàn)某些特殊效應(yīng)

這些效應(yīng)總稱為動(dòng)電學(xué)效應(yīng)根據(jù)引入運(yùn)動(dòng)的方式，有四種不同的動(dòng)電學(xué)效應(yīng)動(dòng)電學(xué)效應(yīng)表面電荷的存在使得顆粒在一外加電場(chǎng)中呈現(xiàn)某些特殊效動(dòng)電學(xué)效應(yīng)電泳:在外加電場(chǎng)中帶電顆粒相對(duì)于靜止懸浮液體的運(yùn)動(dòng)電滲:在外加電場(chǎng)中相對(duì)于靜止帶電表面的液體運(yùn)動(dòng)流動(dòng)電勢(shì):當(dāng)液體流過靜止表面時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)沉降電勢(shì):