分散與絮凝作用

關(guān)于分散與絮凝作用分散介質(zhì)分散相體系名稱氣液霧（氣溶膠）氣固煙（氣溶膠）液氣泡沫液液乳狀液液固分散體（懸浮體）固氣固體泡沫固液固體乳狀液固固固體懸浮體表10-1分散體系第2頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天固溶膠煙水晶有色玻璃第3頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天霧氣溶膠煙白云第4頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天第5頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天第6頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.1分散體系的形成10.1.1分散法1固體粒子的分散過(guò)程1)使粉體潤(rùn)濕，將附著于粉體上的空氣以液體介質(zhì)取代；2)使固體粒子團(tuán)簇破碎和分散;3)阻止已分散的粒子再聚集分散法與凝聚法第7頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）固體粒子的潤(rùn)濕

當(dāng)鋪展系數(shù)SL/S>o時(shí)，固體粒子就會(huì)被介質(zhì)完全潤(rùn)濕，此時(shí)接觸角θ＝00第8頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）粒子團(tuán)的分散或碎裂

式中ΔP——毛管力；

γLV——液體的表面張力；

θ——液體在毛管壁的接觸角。第9頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天高能表面，液體在毛管壁的接觸角一般θ<900，毛管力ΔP會(huì)加速液體的滲透，加之表面活性劑能使γLV降低，因此有利于滲透過(guò)程的進(jìn)行。低能表面,液體在其毛細(xì)管壁上的接觸角θ>900，因此ΔP為負(fù)值，與固—液界面擴(kuò)展的方向相反對(duì)滲透起阻止作用。

第10頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

當(dāng)表面活性劑加入后，θ>900變?yōu)棣?lt;900結(jié)果使毛管力由ΔP<0變?yōu)棣>0而加速了液體在縫隙中滲透。滲透速度：式中，l是t時(shí)間內(nèi)液體沿孔隙滲入的距離；

r是粉體縫隙。

η是液體粘度。陰離子表面活性劑,非離子表面活性劑：陽(yáng)離子表面活性劑：第11頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1陰離子表面活性劑通過(guò)范德華相吸力克服靜電排斥力或通過(guò)鑲嵌方式而被吸附于縫隙的表面，使表面因帶同種電荷使排斥力增強(qiáng)，以及滲透水產(chǎn)生滲透壓共同作用使微粒間的絞結(jié)強(qiáng)度降低，減少了固體粒子或粒子團(tuán)碎裂所需的機(jī)械功，從而使粒子團(tuán)被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶體，并逐步分散在液體介質(zhì)中。2非離子表面活性劑通過(guò)范德華力被吸附于縫隙壁上，非離子表面活性劑存在不能使之產(chǎn)生電排斥力但能產(chǎn)生熵斥力及滲透水化力使粒子團(tuán)中微裂縫間的絞結(jié)強(qiáng)度下降而有利于粒子團(tuán)碎裂。3陽(yáng)離子表面活性劑以季銨陽(yáng)離子吸附于縫隙壁帶負(fù)電荷的位置上而以疏水基伸入水相，使縫隙壁的親水性下降，接觸角θ增大甚至θ>900，導(dǎo)致毛管力為負(fù)，阻止液體的滲透，所以陽(yáng)離子表面活性劑不宜用于固體粒子的分散。

第12頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）阻止固體微粒的重新聚集

表面活性劑吸附在固體微粒的表面上，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劑降低了固—液界面的界面張力，即增加分散體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性。第13頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2粒子分散機(jī)理二維氣體作用下微隙縫發(fā)展變大的示意圖60um是機(jī)械粉碎極限。第14頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天3分散方法1）研磨法設(shè)備有球磨機(jī)、膠體磨和研壓機(jī)等。利用設(shè)備的剛性材質(zhì)與待分散物質(zhì)相互碰撞和磨擦，將固體磨碎、磨細(xì)的。表面活性劑作為穩(wěn)定劑,吸附在粒子上，進(jìn)入隙縫內(nèi)起二維氣體作用，提高了粉碎效果，又起到穩(wěn)定和保護(hù)作用。硫膠體體系第15頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）超聲波分散法超聲波振蕩是指頻率高于聲頻(16000Hz)的機(jī)械振蕩。超聲波使介質(zhì)中的物休分散開(kāi)來(lái)，得到均勻的分散體系。3)電分散法電分散法主要用于制備金屬水溶膠。4）膠溶法膠溶法是將暫時(shí)凝聚下來(lái)的分散相重新分散。許多新鮮沉淀經(jīng)洗滌除去過(guò)多的電解質(zhì)，再加入適量的穩(wěn)定劑(亦稱膠溶劑)后，則又可轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，這種作用稱為膠溶作用。第16頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）吸附法吸附法是指在新沉積下來(lái)的沉淀中加入某種電解質(zhì)離子，沉淀吸附離子后帶上—定電荷建立起雙電層，由于沉淀粒子的雙電層發(fā)生靜電排斥作用而分離開(kāi)來(lái)。。Fe(OH)3(沉淀)Fe(OH)3(溶膠)

AgCl(溶膠)AgCl(沉淀)第17頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）表面溶解法加入的膠溶劑與沉淀粒子表面的分子發(fā)生反應(yīng)生成可溶性化合物，然后解離在粒子的表面形成雙電層，使沉淀粒子膠溶。例如，將新生成的Fe(OH)3沉淀洗凈后．加入適量的稀硫酸，則生成紅棕色沉淀。Fe(OH)3+HClFeOClFeO++Cl－第18頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）沉淀洗滌法沉淀洗滌法適用于分散粒子的雙電層因受體系中的反離子壓縮而導(dǎo)致絮凝沉淀的情形。對(duì)于這種沉淀只要用水洗滌，將過(guò)量的離子降低到一定的濃度，粒子的雙電層即可恢復(fù)，在靜電排斥作用下沉淀粒子膠溶。例如，在氯化鋁和氯化鎂的混合溶液中加入稀氨水，得到鋁、鎂的氫氧化物混合沉淀，用水洗滌沉淀并放置一段時(shí)間后，沉淀即膠溶。第19頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.1.2凝聚法凝聚法原則上形成分子分散的過(guò)飽和溶液，然后從此溶液中沉淀出膠體分散度大小的物質(zhì)。1化學(xué)凝聚法該法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使生成物呈過(guò)飽和狀態(tài)，然后生成粒子，最后結(jié)合成膠體粒子而形成溶膠。第20頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）還原反應(yīng):2HAuCl4(稀溶液)+3HCHO(少量)+11KOH2Au+3HCOOK+8KCl+8H2O金、銀、鉑等貴金屬的溶膠可以通過(guò)還原反應(yīng)來(lái)制備第21頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）水解反應(yīng)：鐵、鋁、鉻、銅

釩等金屬的氫氧化物溶膠可通過(guò)它們的鹽類水解制得。

3）氧化法：用硝酸等氧化劑氧化硫化氫溶液，可以制得硫溶膠，2H2S+O2→2S+2H2O第22頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）離子平衡硝酸銀溶液加入稀氯化物溶液中可生成氯化銀溶膠Ag++Cl-

→AgCl(固)混合H2S和As2O3兩種溶液，可以制備As2S3溶膠：2As3++3S2-

→As2S3(固)第23頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2物理凝聚法物理凝聚法是利用適當(dāng)?shù)奈锢磉^(guò)程使分子(或離子)分散體系凝聚成膠體體系的方法。1）更換溶劑：這是利用物質(zhì)在不同溶劑中的溶解度的懸殊差別來(lái)制備溶膠的方法，而不同溶劑之間是完全互溶的。松香水溶膠：硫磺溶膠：第24頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）蒸氣凝聚法將汞的蒸氣通入冷水中，即可得到汞的水溶膠，此時(shí)，高溫汞蒸氣與水接觸生成少量的氧化物，該氧化物吸附在汞粒子的表面起穩(wěn)定劑的作用。利用蒸氣凝聚法還可以制備堿金屬的有機(jī)溶膠。第25頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）電弧法貴金屬(金、銀、鉑等)溶膠的制備第26頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖10-28將生核期與生長(zhǎng)期分開(kāi)的LaMer模型3凝聚法原理第一階段是晶核形成，第二階段是晶體的成長(zhǎng)。第27頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天晶體生長(zhǎng)是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程，當(dāng)物質(zhì)在溶液中溶解度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，一個(gè)新相晶核就會(huì)出現(xiàn)。在小晶核階段，隨著晶核的長(zhǎng)大，表面對(duì)體積之比逐漸變小，最終形成新相的自由能變得大于表面自由能，由此導(dǎo)致晶體隨比表面能的作用的減少而自發(fā)增長(zhǎng)。

表面活性劑存在，可以吸附在晶核的表面，或者作為—個(gè)誘導(dǎo)結(jié)晶作用的中心。這樣，表面活性劑就可以用來(lái)控制晶體的生長(zhǎng)過(guò)程和穩(wěn)定所形成的顆粒。第28頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.2分散體系的穩(wěn)定性

第29頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天(1)需用強(qiáng)的機(jī)械力加以粉碎，因?yàn)轭w粒本身具有強(qiáng)的結(jié)合力，分裂成各個(gè)小粒子后，不易回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，它們的集合稱為聚集。(2)用比較弱的機(jī)械力，或者固體在液體中界面上作用的物理力即可分裂成小粒子，外力消除后又回復(fù)至原來(lái)的粒子集合狀態(tài)，這種集合稱為凝聚或絮凝。第30頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.2.1膠體穩(wěn)定性的DLVO理論

親液膠體粒子表面覆蓋有溶劑化層，可以防止粒子聚集。同時(shí)大部分親液膠體粒子表面也帶有電荷，粒子間也可存在電性斥力，從而使得粒子難以聚集。疏液膠體體系穩(wěn)定性最著名的理論就是由Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek四人提出的DLVO理論第31頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中A－Hamaker常數(shù)；

r－質(zhì)點(diǎn)的半徑；

H－質(zhì)點(diǎn)間的最短距離。

吸引能與之點(diǎn)半徑成正比。粒徑大的質(zhì)點(diǎn)吸引能也大。吸引能隨著質(zhì)點(diǎn)間的最短距離的減小而增大。Hr1質(zhì)點(diǎn)間的范得華相吸能（VA）

第32頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.雙電層的排斥能（VR）

擴(kuò)散層未重疊,兩膠團(tuán)之間不產(chǎn)生斥力

擴(kuò)散層重疊,平衡破壞,產(chǎn)生滲透性斥力和靜電斥力第33頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天質(zhì)點(diǎn)的排斥能VR：

VR＝rDu2ln[1+exp(-kH)]式中，VR－質(zhì)點(diǎn)間的排斥力；

r－質(zhì)點(diǎn)的半徑；

D－水的介電常數(shù)；

u－吸附層和擴(kuò)散層界面上的電位；－擴(kuò)散層的厚度；

H－質(zhì)點(diǎn)間的最短距離。排斥能與吸附層和擴(kuò)散層界面上的電勢(shì)和質(zhì)點(diǎn)半徑成正比；吸附層和擴(kuò)散層界面的電勢(shì)越高，排斥能越大，質(zhì)點(diǎn)越不易靠近，質(zhì)點(diǎn)越易分散穩(wěn)定；粒徑小時(shí)，排斥能也小，質(zhì)點(diǎn)容易靠近，易于絮凝；排斥能隨之質(zhì)點(diǎn)間的距離的增加，而以指數(shù)的形式下降。第34頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天3質(zhì)點(diǎn)間的相互作用能VT將第一極小值處發(fā)生的聚結(jié)稱為聚沉（congulation），而在第二極小值處發(fā)生的聚結(jié)叫做絮凝（flocculation）。當(dāng)粒子的動(dòng)能3kT/2大于勢(shì)壘Eb時(shí)方能聚沉斥力勢(shì)能,吸力勢(shì)能及總勢(shì)能曲線第35頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天4電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響

第36頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天00-8-137聚沉:憎液溶膠中分散相微?；ハ嗑劢Y(jié)構(gòu),顆粒變大,進(jìn)而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象.加熱,輻射或加入電解質(zhì)皆可導(dǎo)致溶膠的聚沉.三種溶膠聚沉.(左)Al(OH)3;(中)Fe(OH)3;(右)Cu(OH)2第37頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第38頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天39加入電解質(zhì)對(duì)吸力勢(shì)能影響不大,但對(duì)斥力勢(shì)能的影響卻十分顯著.電解質(zhì)的加入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的總勢(shì)能發(fā)生很大的變化,適當(dāng)調(diào)整電解質(zhì)濃度,可以得到相對(duì)穩(wěn)定的膠體.在電荷作用下穩(wěn)定存在的Fe2O3溶膠第39頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天4010.2.2高聚物的穩(wěn)定與絮凝機(jī)理高分子化合物對(duì)溶膠聚沉和保護(hù)作用示意圖(a)聚沉作用(b)保護(hù)作用若在溶膠中加入較多的高分子化合物,許多個(gè)高分子化合物的一端吸附在同一個(gè)分散相粒子的表面上,或者是許多個(gè)高分子線團(tuán)環(huán)繞在膠體粒子周圍,形成水化外殼,將分散相粒子完全包圍起來(lái),對(duì)溶膠則起保護(hù)作用.第40頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1空間穩(wěn)定理論(StericStabilization)a體積限制效應(yīng)理論

圖10—14空間穩(wěn)定示意圖（a)第41頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天b混合效應(yīng)理論第42頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

式中VT－體系的總勢(shì)能，

VR－雙電層排斥能，

VS

－空間效應(yīng)產(chǎn)生的排斥能?？倓?shì)能曲線VT-H如圖9—15所示。

圖10—15空間穩(wěn)定的勢(shì)能曲線(a)無(wú)雙電層斥能；(b)有雙電層斥能第43頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2空位穩(wěn)定理論(Depletionstabilization)

在非離子型表面活性劑或高分子聚合物的水或非水溶液中，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相互靠近時(shí)，若能將高分子聚合物從兩質(zhì)點(diǎn)間的間隙中擠出去，導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間隙區(qū)內(nèi)只有溶劑分子而無(wú)高分子聚合物存在，致使質(zhì)點(diǎn)表面形成空位，質(zhì)點(diǎn)間的這種相互作用稱為空位作用。

第44頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖10—16空位作用示意圖

(a)低濃度下的橋連絮凝作用；(b)中等濃度下的空間穩(wěn)定作用；

(c)較高濃度下的空位絮凝作用；(d)高濃度下的空位穩(wěn)定作用第45頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.3表面活性劑的分散穩(wěn)定作用(1)降低液體介質(zhì)的表面張力γLV固液界面張力γSL和液體在固體上的接觸角θ，提高其潤(rùn)濕性質(zhì)和降低體系的界面能。同時(shí)可提高液體向固體粒子孔隙中的滲透速度，以利于表面活性劑在固體界面的吸附，并產(chǎn)生其它利于固體粒子聚集體粉碎、分散的作用。

(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表面電勢(shì)，提高粒子間的靜電排斥作用，利于分散體系的穩(wěn)定。(3)在固體粒子表面上親液基團(tuán)朝向液相的表面活性劑定向吸附層的形成利于提高疏液分散體系粒子的親液性，有時(shí)也可以形成吸附溶劑化層。(4)長(zhǎng)鏈表面活性劑和聚合物大分子在粒子表面吸附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，而且能在表面上形成機(jī)械蔽障，有利于固體研磨分散。第46頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.3.1表面活性劑在水介質(zhì)中的分散穩(wěn)定作用

1對(duì)非極性固體粒子的分散作用圖10-17炭黑的分散過(guò)程(a)吸附陰離子表面活性劑提高電能障；(b)吸附非離子表面活性劑提高空間阻礙

第47頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2對(duì)帶電質(zhì)點(diǎn)的分散穩(wěn)定作用1)離子型表面活性劑與質(zhì)點(diǎn)表面帶有同種電荷Zeta電勢(shì)與磺甲基酚醛樹(shù)脂在粘土表面上吸附量的關(guān)系

第48頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2)離子型表面活性劑與質(zhì)點(diǎn)表面帶有相反電荷

陰離子表面活性劑對(duì)帶正電荷的氧化鐵粒子的分散與絮凝作用

第49頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.3.2表面活性劑在有機(jī)介質(zhì)中的分散穩(wěn)定作用

TiO2的表面處理過(guò)程質(zhì)點(diǎn)在有機(jī)介質(zhì)中的分散主要是靠空間位阻產(chǎn)生熵斥力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第50頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天使用有機(jī)胺類對(duì)有機(jī)顏料進(jìn)行表面處理第51頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

常用的有機(jī)胺有使用顏料衍生物對(duì)有機(jī)顏料進(jìn)行表面處理。如漢沙系列及聯(lián)苯胺系列黃顏料，在偶合反應(yīng)之后加入一定量脂肪胺與顏料分子中

縮合生成席夫堿通過(guò)分子平面吸附于顏料表面。

第52頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖10—24是以顏料衍生物對(duì)顏料進(jìn)行表面處理的模型。圖10—24以顏料衍生物及無(wú)色衍生物表面處理模型第53頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

喹吖啶酮磺化衍生物的鹽也可以平面性吸附于顏料表面改進(jìn)顏料分散性，如圖10—25所示。圖10—25喹吖啶酮磺化衍生物表面處理模型第54頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.4分散劑與超分散劑分散劑：能使固液懸浮體中的固體粒子分散穩(wěn)定于介質(zhì)中的表面活性劑可稱為分散劑。10.4.1分散劑的選擇①良好的潤(rùn)濕性質(zhì)。②便于分散過(guò)程的進(jìn)行。③能穩(wěn)定形成的分散體系。第55頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.4.2水介質(zhì)中使用的分散劑親水性較強(qiáng)的表面活性劑，另外疏水鏈多為較長(zhǎng)的碳鏈或成平面結(jié)構(gòu)，如帶有苯環(huán)或萘環(huán)，這種平面結(jié)構(gòu)易作為吸附基吸附于具有低能表面的有機(jī)固體粒子表面而以親水基伸入水相，將原來(lái)親油的低能表面變?yōu)橛H水的表面。離子型表面活性劑還可使固體粒子在接近時(shí)，產(chǎn)生電斥力而使固體粒子分散。非離子表面活性劑可以通過(guò)長(zhǎng)的柔順的聚氧乙烯鏈形成的水化膜來(lái)阻止固體粒子的絮凝而使其分散穩(wěn)定。第56頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）陰離子型分散劑

a萘系分散劑

b木質(zhì)素類

c聚合物類(水溶性分散劑)第57頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天a萘系分散劑亞甲基二萘磺酸鈉(擴(kuò)散劑NNO)

本品為米黃色固體粉末，易溶于水。耐酸、堿、鹽和硬水。擴(kuò)散性能好，對(duì)蛋白質(zhì)及聚酰胺纖維有親和力，對(duì)棉、麻等纖維素?zé)o親和力。主要用作還原染料染色，酸法染色或懸浮體軋染的分散劑，也用作水泥的早強(qiáng)減水劑。第58頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天甲基萘磺酸鈉甲醛縮合物(擴(kuò)散劑MF)

本品為棕色至深棕色粉末，易溶于水，易吸潮，耐酸、堿及硬水。具有良好的擴(kuò)散性能，用作分散染料、活性染料、還原染料的分散劑，勻染劑；也用于航空農(nóng)藥的分散劑，水泥混凝土的減水劑。第59頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天b木質(zhì)素類木質(zhì)素磺酸

深褐色粘稠液體，用作混凝土減水劑，也可作為分散、還原染料加工的分散劑。

第60頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天c聚合物類(水溶性超分散劑)

低分子量聚丙烯酸鈉淺黃色透明粘稠液體。與涂布加工紙用涂料中的其他組分相容性好。分散劑本身的貯存穩(wěn)定性好，無(wú)混濁或分層現(xiàn)象。易溶于水。無(wú)毒，無(wú)腐蝕性。用于造紙、涂料等行業(yè)，是一種優(yōu)良的顏料分散劑。第61頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）非離子型分散劑

以聚氧乙烯醚作為親水基的非離子型表面活性劑如吐溫型、烷基醚型和烷基酚型也都是較好的水介質(zhì)中的分散劑。圖10—26以非離子表面活性劑處理顏料模型第62頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.4.3有機(jī)介質(zhì)中的分散劑

1）用于無(wú)機(jī)粒子的分散劑包括各類脂肪酸鈉鹽，常用的有月桂酸鈉，硬脂酸鈉鹽和磺酸鹽。長(zhǎng)碳鏈的胺類化合物如：伯胺類，仲胺類和季銨鹽以及醇胺類。2）用于有機(jī)粒子的分散劑主要包括各種非離子型表面活性劑，各種長(zhǎng)碳鏈胺類如十八胺，各類以聚氧乙烯為親水基團(tuán)的烷基胺，吐溫類，親油性強(qiáng)的斯盤類非離子表面活性劑。第63頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天3超分散劑1以表面活性劑的極性基作為吸附基團(tuán)在低能表面上的吸附強(qiáng)度差，往往出現(xiàn)脫附現(xiàn)象，導(dǎo)致分散體系粒子的聚集或沉淀；

2在非水介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間幾乎不存在電斥力，而主要能起作用的是被吸附的表面活性劑疏水鏈形成的溶劑化膜起分散穩(wěn)定作用，而經(jīng)典表面活性劑的疏水鏈不具備足夠長(zhǎng)的鏈，即不能形成足夠厚的溶劑化膜產(chǎn)生足夠高的空間排斥能來(lái)克服粒子間的范德華相吸力，而使粒子分散穩(wěn)定于有機(jī)介質(zhì)中。第64頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天超分散劑的分子結(jié)構(gòu)特征：

超分散劑的分子量一般在1000～10000之間；一部分為錨固基團(tuán)，可通過(guò)離子對(duì)、氫鍵、范德華力及改性劑結(jié)合等作用以單點(diǎn)錨固或多點(diǎn)錨固的形式緊密地結(jié)合在顆粒表面上。

另一部分為親介質(zhì)的溶劑化的聚合物鏈，它通過(guò)空間位阻效應(yīng)(熵排斥)對(duì)顆粒的分散起穩(wěn)定作用。

第65頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖10—27超分散劑在顏料表面的錨固方式第66頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天4超分散劑的作用機(jī)理第67頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第68頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天第69頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

穩(wěn)定機(jī)理在非水分散體系中，對(duì)穩(wěn)定起決定作用的是空間位阻(熵排斥)。在超分散劑作用體系中，超分散劑以其錨固段吸附于顆粒表面，溶劑化段則伸展于分散介質(zhì)中，其長(zhǎng)度一般在10—15nm之間，當(dāng)兩個(gè)吸附有超分散劑的顆粒相互接近時(shí)，由于伸展鏈的空間阻礙因此不會(huì)引起絮凝，而維持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。第70頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天5超分散劑的分子結(jié)構(gòu)

1）錨固段與固體顆粒表面能形成牢固的結(jié)合；超分散劑在顆粒表面形成較完整的覆蓋層；

2）溶劑化段在分散介質(zhì)中有一定的厚度。第71頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖9—29超分散劑在顆粒表面的主要吸附形態(tài)

3）超分散劑的分子結(jié)構(gòu)第72頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

錨固段(A段)的選擇

顆粒表面與A段間能發(fā)生的較強(qiáng)的相互作用有氫鍵、共價(jià)鍵、酸堿作用等。

溶劑化段(B段)的選擇一方面B段與分散介質(zhì)應(yīng)有較好的相容性，另一方面，B段本身要具有足夠的分子量。第73頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

超分散劑分子結(jié)構(gòu)的確定：最好為單端官能化的A—B兩嵌段聚合物，錨固段應(yīng)與顆粒表面有較強(qiáng)的吸附力。溶劑化段要有合宜的長(zhǎng)度，介質(zhì)應(yīng)對(duì)溶劑化段有良好的溶解性，而對(duì)錨固段最好不具備溶解性。第74頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.6聚沉作用凝聚作用:使用凝聚劑中和質(zhì)點(diǎn)和懸浮物顆粒表面電荷，使其克服質(zhì)點(diǎn)和懸浮物顆粒間的靜電排斥力，從而使顆粒脫穩(wěn)的過(guò)程稱作凝聚作用。凝聚作用往往發(fā)生在VT-H勢(shì)能曲線的第一極小值處，且不具備可逆性。絮凝作用:是質(zhì)點(diǎn)和懸浮物粒子在有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作用下,使其形成粗大的絮凝體的過(guò)程。在此過(guò)程中也存在著電荷的中和作用。聚沉作用是凝聚和絮凝兩種作用過(guò)程第75頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天表10-4凝聚和絮凝的區(qū)別[72]

第76頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.7凝聚作用

凝聚作用主要是在體系中加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)凝聚劑,通過(guò)帶電質(zhì)點(diǎn)對(duì)溶液中反離子的吸附，使兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)的表面電荷被中和，Zeta電勢(shì)下降，雙電層被壓縮減薄，減小質(zhì)點(diǎn)間雙電層斥力，在范德華相吸力占主導(dǎo)的情況下，質(zhì)點(diǎn)間能形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)合在一起，質(zhì)點(diǎn)間的相互作用處于第一極小值的能態(tài)，而產(chǎn)生凝聚體與溶液分離。第77頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.8絮凝作用

絮凝作用主要是在體系中加入有機(jī)高分子絮凝劑，有機(jī)高分子絮凝劑通過(guò)自身的極性基或離子基團(tuán)與質(zhì)點(diǎn)形成氫鍵或離子對(duì)，加之范德華相吸力而吸附于質(zhì)點(diǎn)表面，在質(zhì)點(diǎn)間進(jìn)行橋連形成體積龐大的絮狀沉淀而與水溶液分離。絮凝作用的特點(diǎn)是絮凝劑用量少，體積增大的速度快，形成絮凝體的速度快，絮凝效率高。第78頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）有機(jī)高分子絮凝劑在質(zhì)點(diǎn)表面的吸附狀態(tài)第79頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作用

橋連作用:質(zhì)點(diǎn)和懸浮物通過(guò)有機(jī)高分子絮凝劑架橋而被連接起來(lái)形成絮凝體的過(guò)程。主要通過(guò)高分子絮凝劑在質(zhì)點(diǎn)表面的環(huán)式和尾式吸附架橋形成的橋連。a高分子絮凝劑與帶有不同電荷的質(zhì)點(diǎn)間的橋連b高分子絮凝劑與帶相同電荷的質(zhì)點(diǎn)間的橋連第80頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天a高分子絮凝劑與帶有不同電荷的質(zhì)點(diǎn)間的橋連

其脫穩(wěn)作用是由于靜電引力的原因。在此過(guò)程中，有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑的分子量起著重要的作用。例:采用分子量為5×104～2×105的有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑處理油田污水，可觀察到細(xì)小的絮凝體。如果改用分子量高達(dá)2×106的有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑來(lái)處理同種油田污水，會(huì)觀察到在電荷中和的同時(shí)，不但絮凝作用完全而且形成粗大的絮凝體，污水迅速被澄清。第81頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天鑲嵌作用：有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑通過(guò)靜電相吸力吸附于電荷相反的質(zhì)點(diǎn)表面時(shí)，當(dāng)吸附量達(dá)到足以使Zeta電勢(shì)達(dá)到零時(shí)，也不可能將膠體顆粒和懸浮物顆粒表面上的電荷全部中和。在其表面上仍然存在正電荷區(qū)和負(fù)電荷區(qū)。在這些吸附著有機(jī)高分子絮凝劑的質(zhì)點(diǎn)中，當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)表面的正電荷區(qū)與另一質(zhì)點(diǎn)表面的負(fù)電荷區(qū)互相接近時(shí)，所產(chǎn)生的吸引力大于排斥力從而降低了相互作用能，并達(dá)到第一最小能量值，結(jié)果產(chǎn)生絮凝沉淀，這就是鑲嵌作用。第82頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子量高電荷密度也高的有機(jī)陽(yáng)離子高分子絮凝劑，在質(zhì)點(diǎn)表面的多點(diǎn)吸附使高分子鏈多以無(wú)橋鏈作用的列車式結(jié)構(gòu)形態(tài)存在，而能參與橋連的立體環(huán)式和尾式結(jié)構(gòu)形態(tài)較少，影響了高分子的橋連作用，降低了絮凝作用。分子量高電荷密度低的有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑在質(zhì)點(diǎn)表面的吸附形態(tài)多以能參與橋連的立體環(huán)式和尾式結(jié)構(gòu)形態(tài)為主，橋連作用強(qiáng)，因此絮凝效果好。第83頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天高分子量高的低電荷密度的分子結(jié)構(gòu)是有機(jī)陽(yáng)離子高分子絮凝劑的理想分子結(jié)構(gòu)，它具有高效絮凝作用。第84頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天b高分子絮凝劑與帶相同電荷的質(zhì)點(diǎn)間的橋連①質(zhì)點(diǎn)表面存在著正電荷區(qū)②帶負(fù)電的絮凝體對(duì)質(zhì)點(diǎn)的包裹作用③反離子的作用第85頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天①質(zhì)點(diǎn)表面存在著正電荷區(qū)

第86頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天②帶負(fù)電的絮凝體對(duì)質(zhì)點(diǎn)的包裹作用

第87頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天③反離子的作用

分子量很高的離子型有機(jī)高分子絮凝劑在電離狀態(tài)下，在帶電離子附近電勢(shì)最大區(qū)域以外存在一個(gè)電勢(shì)隧道，反離子在電勢(shì)隧道里具有較大的流動(dòng)性，這有助于絮凝過(guò)程的進(jìn)行。第88頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖10—43中表示出質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)的雙電層，陰離子高分子絮凝劑和它的電勢(shì)隧道近似尺寸。其反離子為陽(yáng)離子。

化學(xué)絮凝模型：第89頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天(a)高分子絮凝劑與質(zhì)點(diǎn)間的排斥能曲線，高分子絮凝劑帶電荷的球面會(huì)與質(zhì)點(diǎn)表面的雙電層發(fā)生交聯(lián)，使體系的排斥能升高(變得更負(fù))第90頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天(b)反離子流入質(zhì)點(diǎn)雙電層后高分子絮凝劑與質(zhì)點(diǎn)間的排斥能曲線在靜電吸引力的作用下，高分子絮凝劑的電勢(shì)隧道可作為反離子的導(dǎo)管，使可流動(dòng)的反離子流入質(zhì)點(diǎn)表面的雙電層中，使雙電層壓縮，導(dǎo)致表面的部分電荷中和，排斥能降低第91頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(c)總排斥能曲線若反離子能將體系的排斥能降低至相互作用能可達(dá)到第二極小值，這樣，較大的質(zhì)點(diǎn)就容易迅速地絮凝，而流動(dòng)性大的小質(zhì)點(diǎn)只能通過(guò)電荷中和使能壘進(jìn)一步降低才可能絮凝而沉淀。第92頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天

陰離子高分子絮凝劑:絮凝帶負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)時(shí)，反離子的價(jià)數(shù)及數(shù)量是關(guān)鍵。在溶液中不存在無(wú)機(jī)鹽的條件下，陰離子高分子絮凝劑不能吸附在帶負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)表面，不能進(jìn)行橋連，也就不會(huì)產(chǎn)生絮凝作用，在上述過(guò)程中，鎂離子對(duì)絮凝過(guò)程有促進(jìn)作用，使絮凝效果得到很大提高。無(wú)機(jī)鹽即反離子的作用在于首先壓縮雙電層降低懸浮粒子表面的Zeta電勢(shì)，減少陰離子高分子絮凝劑與懸浮粒子間的電斥能；使陰離子絮凝劑能順利完成吸附—橋連—絮凝這一過(guò)程中發(fā)揮絮凝作用。第93頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天有機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)具備的條件1.在介質(zhì)中必須可溶。

2.高分子的鏈節(jié)上應(yīng)具有能與固液懸浮體中的固體粒子間產(chǎn)生橋連的吸附基團(tuán)。例如，陽(yáng)離子型的季銨基，陰離子型的羧鈉基以及非離子型的氨基、羥基、酰胺基和羧基等。

3.大分子應(yīng)是線型的，并有適合于分子伸展的條件。

4.分子鏈應(yīng)有一定長(zhǎng)度，使其能將一部分吸附于顆粒上，而另一部分則伸進(jìn)溶液中，以便吸附另外的顆粒，產(chǎn)生橋連作用。

5.固液懸浮體中的固體顆粒表面必須有以供高聚物架橋時(shí)空位10.12.2有機(jī)高分子絮凝劑第94頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天有機(jī)高分子絮凝劑種類

1）有機(jī)陽(yáng)離子高分子絮凝劑（丙烯酰胺共聚物）2）陰離子高分子絮凝劑3）非離子高分子絮凝劑4）天然產(chǎn)物絮凝劑5）生物高分子絮凝劑第95頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑

丙烯酰胺共聚物(a丙烯酰胺—甲基丙烯酸—2—羥基丙酯基三甲基氯化銨共聚物

(b

丙烯酰胺—甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨共聚物第96頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.12.3天然產(chǎn)物絮凝劑天然產(chǎn)物絮凝劑最大特點(diǎn)是易生物降解，不會(huì)造成二次污染。

(1)纖維素衍生物主要是水溶性纖維素衍生物如：羧甲基纖維素鈉鹽、羥乙基纖維素和羥乙基羧甲基纖維素。

(2)淀粉衍生物陽(yáng)離子淀粉氯化2—羥丙基三甲基銨化淀粉醚第97頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天氯化2—羥丙基三甲基銨化丙烯酰胺接枝淀粉醚陰離子淀粉醚羧甲基淀粉醚

Starch—O—CH2COONa

還有微生物酶作用于淀粉制取的環(huán)糊精絮凝劑。

(3)多糖和各種樹(shù)膠用黃單孢菌作用所產(chǎn)生的陰離子多糖制備陰離子多糖絡(luò)合物可用于絮凝高嶺土的水懸浮液。用半乳甘露多糖樹(shù)膠的羧烷基醚澄清水，及聚半乳甘露多糖樹(shù)膠的陽(yáng)離子衍生物和多價(jià)金屬陽(yáng)離子處理污水。第98頁(yè),共110頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.12.4生物高分子(微生物)

生物高分子多糖主要是帶負(fù)電，其電荷來(lái)源于葡萄糖醛酸。它們的絮凝機(jī)理與陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑類似。微生物所合成的多糖絮凝劑可用于絮凝鉀堿鹽水中的懸浮固體，用于絮凝水介質(zhì)中的無(wú)機(jī)物懸浮固體及濕