分散和絮凝作用洗滌作用

關(guān)于分散和絮凝作用洗滌作用一種或多種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系稱為分散體系。前者稱為分散相，后者稱為分散介質(zhì)。2.5.1分散體系和膠體(dispersedsystemandcolloid)第2頁,共47頁，2024年2月25日，星期天例如：云，牛奶，珍珠第3頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.5.2分散體系的分類：分散體系均相分散體系

(溶液、氣體混合物）多相分散體系粗分散體系(d>10-7m)膠體(10-7m>d>10-9m)膠體溶膠（sol）大分子溶液（親液溶膠）（憎液溶膠）第4頁,共47頁，2024年2月25日，星期天Ostward根據(jù)分散相粒子的大小對分散體系進(jìn)行分類：①粗分散體系：質(zhì)點大于0.5μm，不能透過濾紙。包括懸浮體（分散相為固體）和乳狀液（分散相為液體）。②膠體分散體系：質(zhì)點為1~500nm，質(zhì)點可以透過濾紙，但不能通過半透膜。若分散相為疏液性固體，稱為溶膠。③分子分散體系：質(zhì)點小于1nm，質(zhì)點可以通過濾紙和半透膜。第5頁,共47頁，2024年2月25日，星期天分散系統(tǒng)的分類若根據(jù)分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)進(jìn)行分類1.液溶膠

將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：.液-固溶膠如油漆，AgI溶膠.液-液溶膠如牛奶，石油原油等乳狀液.液-氣溶膠如泡沫第6頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.固溶膠

將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：.固-固溶膠如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶膠如珍珠，某些寶石.固-氣溶膠如泡沫塑料，沸石分子篩第7頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3.氣溶膠

將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為固體或液體時，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠，因為不同的氣體混合后是單相均一系統(tǒng)，不屬于膠體范圍。.氣-固溶膠如煙，含塵的空氣.氣-液溶膠如霧，云第8頁,共47頁，2024年2月25日，星期天

在實際應(yīng)用中，我們有時需要穩(wěn)定的分散體，例如油漆涂料、印刷油墨等，有時又需要破壞分散體，使固體微粒盡快地聚集沉降，例如在濕法冶金、污水處理、原水澄清等方面。分散作用往往通過表面活性劑來實現(xiàn)，表面活性劑對分散作用有很大影響。第9頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.5.3分散體的穩(wěn)定

造成固液分散體系的不穩(wěn)定性的原因：①受重力影響粒子發(fā)生沉積。多數(shù)情況下粒子較小，布朗運動在一定程度上阻止粒子下沉，但一經(jīng)碰撞會聚集；②熱力學(xué)不穩(wěn)定性。粒子具有大的相界面和界面能。表面活性劑在固體微粒表面的吸附能夠降低粒子聚集的傾向。

在水介質(zhì)中，表面活性劑主要通過范德華力以疏水基吸附在粒子表面，而以親水基（離子基團(tuán)或聚氧乙烯鏈）伸向水介質(zhì)，以靜電斥力或空間位阻使分散體系穩(wěn)定。在有機(jī)介質(zhì)中，表面活性劑以親水基團(tuán)與粒子通過氫鍵、離子鍵等結(jié)合，而非極性的碳?xì)滏I伸向介質(zhì)中，其分散作用主要靠空間位阻來實現(xiàn)。第10頁,共47頁，2024年2月25日，星期天懸浮體的穩(wěn)定性①使懸浮體粒子帶有較多的電荷，形成雙電層。②在粒子表面形成具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊性質(zhì)的溶劑化層或吸附溶劑化層。帶有吸附溶劑化層的粒子靠近或聚集必須使溶劑化層厚度減小，使排列較為有序的溶劑分子無序化，這需要做功。③微小的膠體粒子對懸浮體中的大粒子有穩(wěn)定作用。

第11頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.5.4分散方法：（1）機(jī)械分散法（2）超聲分散法（3）電分散法（4）溶膠法第12頁,共47頁，2024年2月25日，星期天表面活性劑的分散作用①降低液體介質(zhì)的表面張力γLG、固液界面張力γSL和液體在固體上的接觸角θ；提高潤濕性和降低界面能；提高液體向固體粒子孔隙的滲透速度。②離子型表面活性劑在某些固體粒子上的吸附可增加粒子的表面電勢，提高粒子間的靜電排斥作用，有利于分散體系的穩(wěn)定。③定向吸附有利于提高疏液型分散體系粒子的親液性，有時可形成吸附溶劑化層。④長鏈表面活性劑和聚合物大分子在粒子表面形成厚吸附層，起到空間穩(wěn)定作用。⑤表面活性劑在固體表面結(jié)構(gòu)缺陷上的吸附不僅可降低界面能，而且可以在表面上形成機(jī)械屏障，有利于固體研磨分散。第13頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.5.5分散劑分散劑（dispersingagent,dispersant）：使固體微粒均勻、穩(wěn)定地分散于液體介質(zhì)中的低分子表面活性劑或高分子表面活性劑。能使固體微粒表面迅速潤濕，又能使固體質(zhì)點間的能壘上升到足夠高的表面活性劑才稱為分散劑。分散劑應(yīng)具備的特點：

①良好的潤濕性質(zhì)。在粉體表面和內(nèi)孔都能潤濕并使其分散；②要有助于離子的破碎，濕磨時能降低粘度。③能形成穩(wěn)定的分散體系。第14頁,共47頁，2024年2月25日，星期天分散劑：陰離子型、非離子型、有機(jī)胺陽離子和高分子表面活性劑。陰離子型：亞甲基二萘磺酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）、十二烷基琥珀酸鈉、十二烷基硫酸鈉、磷酸酯等。非離子型：烷基酚聚氧乙烯醚（APE）、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚氧乙烯脂肪酸酯。高分子表面活性劑：①均聚物聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇②共聚物用作共聚物的單體有：異丁烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、羥乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、馬來酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮等。天然產(chǎn)物分散劑：磷酯、脂肪酸、多糖、酪蛋白等。第15頁,共47頁，2024年2月25日，星期天聚集體：分散相粒子以任意方式和受任何因素的作用而結(jié)合在一起形成有結(jié)構(gòu)或無特定結(jié)構(gòu)集團(tuán)的作用稱為聚集作用（aggregation），形成的這些集團(tuán)稱為聚集體。聚集體的形成稱為聚沉（congulation）或絮凝（flocculation）。聚沉和絮凝常是通用的，前者形成的聚集體較為致密；后者較為疏松，易于再分散。2.5.6絮凝第16頁,共47頁，2024年2月25日，星期天絮凝劑（flocculatingagent,flocculant）：能有效促使分散體系發(fā)生聚沉或絮凝作用的外加物質(zhì)。絮凝劑在很低濃度時就能使分散體系失去穩(wěn)定性并能提高聚集速度的化學(xué)物質(zhì)。第17頁,共47頁，2024年2月25日，星期天絮凝劑分子應(yīng)具備的特點①能夠溶解在固體微粒的分散介質(zhì)中；②在高分子鏈節(jié)上應(yīng)具有能與固體粒子間產(chǎn)生橋連的吸附基團(tuán)。陽離子表面活性劑的季銨陽離子、陰離子表面活性劑的羧基、磺酸基離子對非離子表面活性劑的醚基、羥基和酰胺基等③絮凝劑大分子應(yīng)具有線形結(jié)構(gòu)，并有適合于分子伸展的條件-范德華力。④分子鏈有一定的長度。一部分吸附在顆粒上，另一部分伸進(jìn)溶液中，以便吸附旁邊的顆粒，產(chǎn)生橋連作用。⑤固體懸浮液中的固體顆粒表面必須有可供絮凝劑架橋的部位。第18頁,共47頁，2024年2月25日，星期天絮凝劑類型：無機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑第19頁,共47頁，2024年2月25日，星期天無機(jī)絮凝劑①水溶性鋁鹽（硫酸鋁、三氯化鋁）、鐵鹽（三氯化鐵、硫酸鐵）、氯化鈣、硅酸鈉、鹽酸、硫酸、燒堿、氫氧化鈣等。②無機(jī)高分子絮凝劑聚合鋁：鋁溶膠（xAl(OH)3·AlCl3）、聚氯化鋁（Al2(OH)nCl6-n）、聚合硫酸鋁（[Al2(OH)n(SO無機(jī)絮凝劑)3-n/2]m）聚合鐵：聚合硫酸鐵（[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m）第20頁,共47頁，2024年2月25日，星期天有機(jī)絮凝劑高分子絮凝劑：丙烯酰胺共聚物型陽離子絮凝劑，聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型非離子表面活性劑。陰離子型高分子絮凝劑：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸鹽、聚丙烯酸鹽等，一般相對分子量大（>106）才有效。非離子表面活性劑：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型。陰離子型和非離子型主要以橋聯(lián)的形式。陽離子型高分子絮凝劑：無論相對分子質(zhì)量大小都可以起到絮凝作用。常用類型：聚羥基丙基二甲基氯化銨、聚甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯氯化吡啶、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯、聚氨甲基丙烯酰胺等。第21頁,共47頁，2024年2月25日，星期天分散作用的應(yīng)用：

涂料、印刷油墨和鉆井泥漿穩(wěn)定的固液分散體系絮凝作用的應(yīng)用：

濕法冶金、工業(yè)污水處理和生活原水澄清等第22頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6洗滌和去污作用第23頁,共47頁，2024年2月25日，星期天洗滌：將浸在某種介質(zhì)（一般為水）中的固體表面的污垢去除的過程稱為洗滌。洗滌過程：加入洗滌劑以減弱污垢與固體表面的粘附作用并施以機(jī)械力攪動，借助介質(zhì)（水）的沖力將污垢與固體表面分離而懸浮于介質(zhì)中，最后將污垢沖洗干凈。特點：多相分散體系。

分散介質(zhì)種類、成分固體表面或界面污垢種類、性質(zhì)第24頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.1污垢的類型按形態(tài)分：（1）液體污垢皮脂、動植物油、礦物油（原油、燃料油、潤滑油、煤焦油等）液體污垢被去除的難易程度，取決于在洗滌液存在時污垢與基物的接觸角θ。θ越大越易清除。（2）固體污垢塵埃、粘土、砂、鐵銹、灰、炭黑。顆粒表面有時帶正電、有時帶負(fù)電。固體污垢以范德華力粘附在基物表面。（3）混合污垢常常是液體污垢包圍固體污垢，粘附在物品表面，去除類似與液體油類污垢。第25頁,共47頁，2024年2月25日，星期天按使用環(huán)境及情況分：（1）纖維織物上①油性污垢，大都是油溶性的液體或半固體，包括動植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、膽固醇、礦物油及其氧化物。②固體污垢。③特殊污垢，如砂糖、淀粉、食鹽、食物碎屑及人體分泌物（汗、尿、血、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽）等，滲透溶于或化學(xué)吸附在纖維上。

（2）住宅污垢（3）餐具污垢（4）其他第26頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.2污垢的粘附（1）機(jī)械力粘附固體塵土的粘附（2）分子間力粘附范德華力（包括氫鍵）

油污在非極性高分子板材上的粘附。若污垢和基物之間形成氫鍵，則很難清除。（3）靜電力粘附帶正電荷的炭黑、氧化鐵之類的污垢附著在帶負(fù)電的纖維素或蛋白質(zhì)纖維表面上。（4）化學(xué)結(jié)合力粘附化學(xué)吸附黏土類極性固體、脂肪酸、蛋白質(zhì)等均為電負(fù)性較大的物質(zhì)，能與纖維素纖維上的羥基形成氫鍵或離子鍵；果汁、墨水、血污、重金屬鹽和鐵銹等在纖維上形成穩(wěn)定的色斑。（5）油性結(jié)合

塑料制品上的油性污垢：污垢形成一種固溶體滲透到非極性纖維（如聚酯纖維）內(nèi)部

第27頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.3洗滌過程洗滌過程復(fù)雜：潤濕、滲透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等物理化學(xué)反應(yīng)。Mcbain提出洗滌過程的反應(yīng)式：固體表面·污垢+洗滌劑+介質(zhì)=固體表面·洗滌劑·介質(zhì)+污垢·洗滌劑·介質(zhì)第28頁,共47頁，2024年2月25日，星期天洗滌劑的作用（1）降低水的表面張力，改善水對洗滌物的潤濕性。洗滌劑對洗滌物品的潤濕是洗滌的第一步。合成纖維的表面：聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龍66、聚丙烯腈等（2）對污垢的分散和懸浮作用。陰離子型表面活性劑：

靜電作用非離子表面活性劑：通過水化聚氧乙烯鏈產(chǎn)生的空間位阻來阻止污垢的聚集。第29頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.4洗滌去污原理1、液體污垢的去除（1）卷縮機(jī)理（2）乳化機(jī)理（3）增溶機(jī)理（4）液晶形成機(jī)理（5）結(jié)晶集合體破壞機(jī)理（6）化學(xué)反應(yīng)去污機(jī)理第30頁,共47頁，2024年2月25日，星期天洗滌去污原理——液體污垢的去除（1）卷縮機(jī)理水中加入表面活性劑，γOW和γSW降低，γSO不變

cosθW須變大，即θW變小

液體油污的去除程度與油污在固體表面的接觸角θO（θO=180-θW）有關(guān)。第31頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（2）乳化機(jī)理乳化去污通常借助于機(jī)械力的作用，但也有自發(fā)乳化的情形。脂肪酸、脂肪醇和膽固醇等極性油和礦物油的混合物與表面活性劑的水溶液接觸時，極性油與表面活性劑發(fā)生作用而自發(fā)乳化。第32頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（3）增溶機(jī)理增溶作用條件：

洗滌劑中表面活性劑濃度>cmc

非極性簡單烴類油污

極性有機(jī)物油污（脂肪醇、脂肪酸及各種極性染料等）

一些高分子物質(zhì)、甘油、蔗糖以及不溶于烴的染料油污

苯、苯酚等油污在洗滌過程中使用的洗滌劑溶液，其中表面活性劑的濃度往往不超過cmc

離子型表面活性劑其增溶去污作用微乎其微

非離子型表面活性劑，大量的油污被增溶除去第33頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（4）液晶形成機(jī)理

水合后的表面活性劑在洗滌過程中能滲入脂肪醇和高級醇極性油污內(nèi)，形成三組分液晶，很容易被洗滌液溶解而除掉。（5）結(jié)晶集合體破壞機(jī)理黏附在衣物上的烴和甘油（6）化學(xué)反應(yīng)去污機(jī)理脂肪酸類油污在堿性洗滌液中發(fā)生皂化反應(yīng)，生成水溶性脂肪酸皂而被溶解除去。第34頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2、固體污垢的去除固體污垢通常在一些點上與表面接觸和黏附，黏附作用主要來自范德華力，其它力（靜電力）則次要得多。

靜電引力可加速空氣中灰塵在固體表面的黏附，但不增加黏附強(qiáng)度。固體污垢與固體表面的黏附強(qiáng)度受多種因素的影響

隨接觸時間的延長和空氣濕度的增大而增強(qiáng)；處于水中的被洗滌物，其表面與固體污垢的黏附力比在空氣中小得多。第35頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（1）潤濕機(jī)理

無機(jī)固體污垢，形成雙電層（2）擴(kuò)散溶脹機(jī)理

表面活性劑與水分子滲入有機(jī)固體污垢后不斷擴(kuò)散，并使污垢發(fā)生溶脹、軟化，經(jīng)機(jī)械作用，即在水流沖擊下而脫落下來，再經(jīng)乳化清除。

固體污垢越大越易被去除，而小于0.1μm的污垢顆粒，由于牢固地吸附在固體表面很難去除。第36頁,共47頁，2024年2月25日，星期天Lange分段去污過程：

第Ⅰ階段：固體污垢P直接黏附于固體表面S的狀態(tài)；

第Ⅱ階段：洗滌液L在固體表面S與固體污垢P的固-固界面上鋪展；

洗滌液能否在物體和污垢表面鋪展或潤濕與各界面的表面張力有關(guān)。

>0，洗滌液可以在固-固界面上鋪展。

第Ⅲ階段：固體污垢P分散、懸浮于洗滌液L中。第37頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.5影響洗滌作用的因素（1）表面（或界面）張力

液體油污的去除：乳化和分散，防止油污再沉積

固體油污的去除：洗滌劑的表面張力和織物與污垢之間的固-固界面張力（2）表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)

沒有吸附就沒有洗滌劑的洗滌功能。（3）表面活性劑的結(jié)構(gòu)

第38頁,共47頁，2024年2月25日，星期天表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)處于固液界面上被吸附的表面活性劑分子的方向性對洗滌起重要作用。

非極性固體表面（聚酯或尼龍）：陰離子和非離子表面活性劑性能良好；

親水性表面（棉等）：陰離子型好于非離子型。

非離子表面活性劑在低濃度下，去除油污和防止油污再沉積能力高于具有類似結(jié)構(gòu)的陰離子表面活性劑。

兩性型表面活性劑：吸附行為與離子型和非離子型表面活性劑相似。具有抗硬水性好、溫和、生物降解性、抗靜電性和殺菌性能優(yōu)異等優(yōu)點。

一般很少采用陽離子表面活性劑做洗滌劑。

第39頁,共47頁，2024年2月25日，星期天（3）表面活性劑的結(jié)構(gòu)①在溶解度允許的范圍內(nèi)，表面活性劑的洗滌能力隨疏水鏈增長而提高；②疏水鏈的碳原子數(shù)給定后，直鏈的表面活性劑比支鏈的有更大的洗滌能力；③親水基團(tuán)在端基上的表面活性劑較親水基團(tuán)在鏈內(nèi)的洗滌效果好；④對于非離子表面活性劑，當(dāng)洗滌液的溫度略低于表面活性劑的濁點時可達(dá)到最佳洗滌效果；⑤對于聚氧乙烯型非離子表面活性劑，聚氧乙烯鏈長度增大，洗滌能力下降。第40頁,共47頁，2024年2月25日，星期天2.6.6表面活性劑在洗滌劑中的應(yīng)用（1）陰離子型最早使用的一類。需求量占所有表面活性劑的50%以上。品種主要有：脂肪酸鹽、烷基苯磺酸鹽（ABS）、脂肪醇硫酸酯鹽（AS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯（AES）、α-烯烴磺酸鹽（AOS）、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸酯（AEC）和脂肪酸甲酯磺酸鹽（MES）等。（2）非離子型較好的洗凈力、對油性污垢的去污力良好、對合成纖維防止油污再沉積的能力強(qiáng)、耐硬水性和耐高濃度電解質(zhì)的能力較強(qiáng)。疏水基和親水基部分可調(diào)性。常用品種有：脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚。（3）兩性特點：低毒性、溫和、易生物降解、配伍性、潤濕性、洗滌性和發(fā)泡性等性能良好。氨基酸型、甜菜堿型和咪唑型。第41頁,共47頁，2024年2月25日，星期天一、粉狀洗滌劑（1）民用洗滌劑

①衣用②廚房用洗滌劑③住宅用洗滌劑（2）工業(yè)洗滌劑二、液體洗滌劑第42頁,共47頁，2024年2月25日，星期天粉狀洗滌劑洗衣粉（1）民用洗滌劑①衣用a.輕垢型洗滌劑污垢類型：灰塵、少量油污洗滌劑成分：12%~20%的表面活性劑（相當(dāng)于11或12的烷基苯磺酸鈉和脂肪酸聚氧乙烯醚磺酸酯等陰離子表面活性劑），烷基酰醇胺和氧化胺等泡沫促進(jìn)劑。b.重垢型洗滌劑對洗滌劑要求：去污力強(qiáng)、