分散与絮凝作用-PPT.pptx

分散与絮凝作用分散与絮凝作用分散介分散介质分散相分散相体系名称体系名称气气液液雾(气溶胶气溶胶)气气固固烟烟(气溶胶气溶胶)液液气气泡沫泡沫液液液液乳状液乳状液液液固固分散体分散体(悬浮体浮体)固固气气固体泡沫固体泡沫固固液液固体乳状液固体乳状液固固固固固体固体悬浮体浮体表表10-1分散体系分散体系固溶胶固溶胶烟水晶烟水晶有色玻璃有色玻璃雾雾气溶胶气溶胶烟烟白云白云1010、1 1分散体系得形成分散体系得形成10、1、1分散法分散法1 1固体粒子得分散过程固体粒子得分散过程1)1)使粉体润湿使粉体润湿,将附着于粉体上得空气以液体介质取代将附着于粉体上得空气以液体介质取代;2)2)使固体粒子团簇破碎与分散使固体粒子团簇破碎与分散;3)3)阻止已分散得粒子再聚集阻止已分散得粒子再聚集 分散法与凝聚法分散法与凝聚法1 1)固体粒子得润湿固体粒子得润湿 当铺展系数当铺展系数SL/So时时,固体粒子就会被介质完全润固体粒子就会被介质完全润湿湿,此时接触角此时接触角00 2 2)粒子团得分散或碎裂粒子团得分散或碎裂 式中 P毛管力;LV液体得表面张力;液体在毛管壁得接触角。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静继续保持安静继续保持安静高能表面高能表面,液体在毛管壁得接触角一般液体在毛管壁得接触角一般 90 90900 0,因此因此PP为负为负值值,与固与固液界面扩展得方向相反对渗透起阻止作用。液界面扩展得方向相反对渗透起阻止作用。当表面活性剂加入后当表面活性剂加入后,90900 0变为变为 90900 0结果使毛管力由结果使毛管力由P0P0P0而加速了液体在缝隙中渗透。而加速了液体在缝隙中渗透。渗透速度渗透速度:式中式中,l就是就是t时间内液体沿孔隙渗入得距离时间内液体沿孔隙渗入得距离;r就是粉体缝隙。就是粉体缝隙。就是液体粘度。就是液体粘度。阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂,非离子表面活性剂非离子表面活性剂:阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂:1阴离子表面活性剂通过范德华相吸力克服静电排斥力或通过镶嵌阴离子表面活性剂通过范德华相吸力克服静电排斥力或通过镶嵌方式而被吸附于缝隙得表面方式而被吸附于缝隙得表面,使表面因带同种电荷使排斥力增强使表面因带同种电荷使排斥力增强,以以及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间得绞结强度降低及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间得绞结强度降低,减少了固减少了固体粒子或粒子团碎裂所需得机械功体粒子或粒子团碎裂所需得机械功,从而使粒子团被碎裂或使粒子从而使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小得晶体碎裂成更小得晶体,并逐步分散在液体介质中并逐步分散在液体介质中。2非离子表面活性剂通过范德华力被吸附于缝隙壁上非离子表面活性剂通过范德华力被吸附于缝隙壁上,非离子表面活非离子表面活性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥力及渗透水化力使粒性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥力及渗透水化力使粒子团中微裂缝间得绞结强度下降而有利于粒子团碎裂。子团中微裂缝间得绞结强度下降而有利于粒子团碎裂。3阳离子表面活性剂以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷得位置上阳离子表面活性剂以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷得位置上而以疏水基伸入水相而以疏水基伸入水相,使缝隙壁得亲水性下降使缝隙壁得亲水性下降,接触角接触角增大甚至增大甚至900,导致毛管力为负导致毛管力为负,阻止液体得渗透阻止液体得渗透,所以阳离子表面活性剂不所以阳离子表面活性剂不宜用于固体粒子得分散。宜用于固体粒子得分散。3 3)阻止固体微粒得重新聚集阻止固体微粒得重新聚集 表面活性剂吸附在固体微粒得表面上表面活性剂吸附在固体微粒得表面上,增加了防止微粒增加了防止微粒重新聚集得能障重新聚集得能障,并且由于所加得表面活性剂降低了固并且由于所加得表面活性剂降低了固液界面得界面张力液界面得界面张力,即增加分散体系得热力学稳定性。即增加分散体系得热力学稳定性。2 2粒子分散机理粒子分散机理二维气体作用下微隙缝发展变大得示意图二维气体作用下微隙缝发展变大得示意图60um就是就是机械机械粉碎极限。粉碎极限。3 3分散方法分散方法1)研磨法研磨法设备有球磨机、胶体磨与研有球磨机、胶体磨与研压机等。机等。利用利用设备得得刚性材性材质与待分散物与待分散物质相互碰撞与磨擦相互碰撞与磨擦,将固体磨碎、磨将固体磨碎、磨细得。得。表面活性剂作为稳定剂表面活性剂作为稳定剂,吸附在粒子上吸附在粒子上,进入隙缝内起二进入隙缝内起二维气体作用维气体作用,提高了粉碎效果提高了粉碎效果,又起到稳定与保护作用。又起到稳定与保护作用。硫胶体体系硫胶体体系2)超声波分散法超声波分散法超声波振超声波振荡就是指就是指频率高于声率高于声频(16000Hz)得机械振得机械振荡。超声波使介超声波使介质中得物休分散开来中得物休分散开来,得到均匀得分散体系。得到均匀得分散体系。3)电分散法分散法电分散法主要用于制备金属水溶胶。电分散法主要用于制备金属水溶胶。4)胶溶法胶溶法胶溶法就是将胶溶法就是将暂时凝聚下来得分散相重新分散。凝聚下来得分散相重新分散。许多新多新鲜沉淀沉淀经洗洗涤除去除去过多得多得电解解质,再加入适量得再加入适量得稳定定剂(亦亦称胶溶称胶溶剂)后后,则又可又可转变为溶胶溶胶,这种作用称种作用称为胶溶作用。胶溶作用。(1)吸附法吸附法吸附法就是指在新沉积下来得沉淀中加入某种电解质离吸附法就是指在新沉积下来得沉淀中加入某种电解质离子子,沉淀吸附离子后带上沉淀吸附离子后带上定电荷建立起双电层定电荷建立起双电层,由于沉淀由于沉淀粒子得双电层发生静电排斥作用而分离开来。粒子得双电层发生静电排斥作用而分离开来。Fe(OH)3(沉淀沉淀)Fe(OH)3(溶胶溶胶)AgCl(溶胶溶胶)AgCl(沉淀沉淀)(2)表面溶解法表面溶解法 加入得胶溶剂与沉淀粒子表面得分子发生反应生成可加入得胶溶剂与沉淀粒子表面得分子发生反应生成可溶性化合物溶性化合物,然后解离在粒子得表面形成双电层然后解离在粒子得表面形成双电层,使沉淀粒使沉淀粒子胶溶。子胶溶。例如例如,将新生成得将新生成得Fe(OH)3沉淀洗净后、加入适量得稀沉淀洗净后、加入适量得稀硫酸硫酸,则生成红棕色沉淀。则生成红棕色沉淀。Fe(OH)Fe(OH)3 3 +HCl FeOCl FeO +HCl FeOCl FeO+Cl +Cl(3)沉淀洗沉淀洗涤法法 沉淀洗涤法适用于分散粒子得双电层因受体系中得沉淀洗涤法适用于分散粒子得双电层因受体系中得反离子压缩而导致絮凝沉淀得情形。对于这种沉淀只要反离子压缩而导致絮凝沉淀得情形。对于这种沉淀只要用水洗涤用水洗涤,将过量得离子降低到一定得浓度将过量得离子降低到一定得浓度,粒子得双电层粒子得双电层即可恢复即可恢复,在静电排斥作用下沉淀粒子胶溶。在静电排斥作用下沉淀粒子胶溶。例如例如,在氯化铝与氯化镁得混合溶液中加入稀氨水在氯化铝与氯化镁得混合溶液中加入稀氨水,得到得到铝、镁得氢氧化物混合沉淀铝、镁得氢氧化物混合沉淀,用水洗涤沉淀并放置一段时用水洗涤沉淀并放置一段时间后间后,沉淀即胶溶。沉淀即胶溶。10、1、2凝聚法凝聚法凝聚法原则上形成分子分散得过饱与溶液凝聚法原则上形成分子分散得过饱与溶液,然后从此然后从此溶液中沉淀出胶体分散度大小得物质。溶液中沉淀出胶体分散度大小得物质。1化学凝聚法化学凝聚法该法就是通过化学反应使生成物呈过饱与状态该法就是通过化学反应使生成物呈过饱与状态,然后然后生成粒子生成粒子,最后结合成胶体粒子而形成溶胶。最后结合成胶体粒子而形成溶胶。1)还原反原反应:2HAuCl4(稀溶液稀溶液)+3HCHO(少量少量)+11KOH2Au+3HCOOK+8KCl+8H2O金、银、铂等贵金属得溶胶可以通过还原反应来制备金、银、铂等贵金属得溶胶可以通过还原反应来制备2)水解反水解反应:铁、铝、铬、铜铁、铝、铬、铜 钒等金属得氢氧化物溶胶可通过它钒等金属得氢氧化物溶胶可通过它们得盐类水解制得。们得盐类水解制得。3)氧化法氧化法:用硝酸等氧化剂氧化硫化氢溶液用硝酸等氧化剂氧化硫化氢溶液,可以制得硫溶胶可以制得硫溶胶,2H2S+O22S+2H2O 4)离子平衡离子平衡硝酸银溶液加入稀氯化物溶液中可生成氯化银溶胶硝酸银溶液加入稀氯化物溶液中可生成氯化银溶胶Ag+Cl-AgCl(固固)混合混合H2S与与As2O3两种溶液两种溶液,可以制可以制备As2S3溶胶溶胶:2As3+3S2-As2S3(固固)2物理凝聚法物理凝聚法 物理凝聚法就是利用适当得物理过程使分子物理凝聚法就是利用适当得物理过程使分子(或离或离子子)分散体系凝聚成胶体体系得方法。分散体系凝聚成胶体体系得方法。1)更更换溶溶剂:这就是利用物质在不同溶剂中得溶解度得悬殊差别这就是利用物质在不同溶剂中得溶解度得悬殊差别来制备溶胶得方法来制备溶胶得方法,而不同溶剂之间就是完全互溶得。而不同溶剂之间就是完全互溶得。松香水溶胶松香水溶胶:硫磺溶胶硫磺溶胶:2)蒸气凝聚法蒸气凝聚法将汞得蒸气通入冷水中将汞得蒸气通入冷水中,即可得到汞得水溶胶即可得到汞得水溶胶,此此时,高高温汞蒸气与水接触生成少量得氧化物温汞蒸气与水接触生成少量得氧化物,该氧化物吸附在汞氧化物吸附在汞粒子得表面起粒子得表面起稳定定剂得作用。利用蒸气凝聚法得作用。利用蒸气凝聚法还可以制可以制备碱金属得有机溶胶。碱金属得有机溶胶。3)电弧法弧法贵金属贵金属(金、银、铂等金、银、铂等)溶胶得制备溶胶得制备图10-28将生核期与生将生核期与生长期分开得期分开得LaMer模型模型3凝聚法原理凝聚法原理第一阶段就是晶核形成第一阶段就是晶核形成,第二阶段就是晶体得成长。第二阶段就是晶体得成长。晶体生长就是一个自发得过程晶体生长就是一个自发得过程,当物质在溶液中溶解度达到过饱当物质在溶液中溶解度达到过饱与状态时与状态时,一个新相晶核就会出现。一个新相晶核就会出现。在小晶核阶段在小晶核阶段,随着晶核得长大随着晶核得长大,表面对体积之比逐渐变小表面对体积之比逐渐变小,最终最终形成新相得自由能变得大于表面自由能形成新相得自由能变得大于表面自由能,由此导致晶体随比表面由此导致晶体随比表面能得作用得减少而自发增长。能得作用得减少而自发增长。表面活性剂存在表面活性剂存在,可以吸附在晶核得表面可以吸附在晶核得表面,或者作为或者作为个诱导结个诱导结晶作用得中心。这样晶作用得中心。这样,表面活性剂就可以用来控制晶体得生长过表面活性剂就可以用来控制晶体得生长过程与稳定所形成得颗粒。程与稳定所形成得颗粒。10、2分散体系得稳定性分散体系得稳定性(1)需用强得机械力加以粉碎需用强得机械力加以粉碎,因为颗粒本身具有强得结合因为颗粒本身具有强得结合力力,分裂成各个小粒子后分裂成各个小粒子后,不易回复到原来得状态不易回复到原来得状态,它们得它们得集合称为聚集。集合称为聚集。(2)用比较弱得机械力用比较弱得机械力,或者固体在液体中界面上作用得物或者固体在液体中界面上作用得物理力即可分裂成小粒子理力即可分裂成小粒子,外力消除后又回复至原来得粒子外力消除后又回复至原来得粒子集合状态集合状态,这种集合称为凝聚或絮凝。这种集合称为凝聚或絮凝。10、2、1胶体稳定性得DLVO理论亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层,可以防止粒子聚可以防止粒子聚集。同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷集。同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷,粒子粒子间也可存在电性斥力间也可存在电性斥力,从而使得粒子难以聚集。从而使得粒子难以聚集。疏液胶体体系稳定性最著名得理论就就是由疏液胶体体系稳定性最著名得理论就就是由DerjaguinDerjaguin、LandauLandau、VerweyVerwey与与OverbeekOverbeek四人提出得四人提出得DLVODLVO理论理论式中AHamaker常数;r质点得半径;H质点间得最短距离。吸引能与之点半径成正比。粒径大得质点吸引能也大。吸引能吸引能与之点半径成正比。粒径大得质点吸引能也大。吸引能随着质点间得最短距离得减小而增大。随着质点间得最短距离得减小而增大。Hr 1质点间得范得华相吸能质点间得范得华相吸能(VA)2、双电层得排斥能双电层得排斥能(VR)扩散层未重叠扩散层未重叠,两胶团两胶团之间不产生斥力之间不产生斥力 扩散层重叠扩散层重叠,平衡破坏平衡破坏,产产生渗透性斥力和静电斥力生渗透性斥力和静电斥力质点得排斥能VR:VRrDu2ln1+exp(-kH)式中,VR质点间得排斥力;r质点得半径;D水得介电常数;u吸附层与扩散层界面上得电位;扩散层得厚度;H质点间得最短距离。排斥能与吸附层与扩散层界面上得电势与质点半径成正比排斥能与吸附层与扩散层界面上得电势与质点半径成正比;吸附层与扩散层界面得电势越高吸附层与扩散层界面得电势越高,排斥能越大排斥能越大,质点越不易靠近质点越不易靠近,质点越易分散稳定质点越易分散稳定;粒径小时粒径小时,排斥能也小排斥能也小,质点容易靠近质点容易靠近,易于絮凝易于絮凝;排斥能随之质点间得距离得增加排斥能随之质点间得距离得增加,而以指数得形式下降。而以指数得形式下降。3质点间得相互作用能VT将第一极小值处发生得聚结称为聚沉将第一极小值处发生得聚结称为聚沉(congulation),而在第二极小值处发生得聚结叫做絮凝而在第二极小值处发生得聚结叫做絮凝(flocculation)。当粒子得动能当粒子得动能3kT/2大于势垒大于势垒Eb时方能聚沉时方能聚沉斥力势能斥力势能,吸力势能及总势能曲线吸力势能及总势能曲线4电解质对溶胶稳定性得影响00-8-138聚沉聚沉:憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构,颗粒变大颗粒变大,进而发生进而发生沉淀得现象沉淀得现象、加热加热,辐射或加入电解质皆可导致溶胶得聚沉辐射或加入电解质皆可导致溶胶得聚沉、三种溶胶聚沉三种溶胶聚沉.(左左)Al(OH)3;(中中)Fe(OH)3;(右右)Cu(OH)2 00-8-140加入电解质对吸力势能加入电解质对吸力势能影响不大影响不大,但对斥力势能得但对斥力势能得影响却十分显著影响却十分显著、电解质电解质得加入会导致系统得总势能得加入会导致系统得总势能发生很大得变化发生很大得变化,适当调整适当调整电解质浓度电解质浓度,可以得到相对可以得到相对稳定得胶体稳定得胶体、在电荷作用下稳定存在的在电荷作用下稳定存在的Fe2O3溶胶溶胶00-8-14110、2、2高聚物得稳定与絮凝机理高聚物得稳定与絮凝机理高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图(a)聚沉作用聚沉作用(b)保护作用保护作用若在溶胶中加入较多得高分子化合物若在溶胶中加入较多得高分子化合物,许多个高分子化合许多个高分子化合物得一端吸附在同一个分散相粒子得表面上物得一端吸附在同一个分散相粒子得表面上,或者就是许多个或者就是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围高分子线团环绕在胶体粒子周围,形成水化外壳形成水化外壳,将分散相粒将分散相粒子完全包围起来子完全包围起来,对溶胶则起保护作用对溶胶则起保护作用、1 1空间稳定理论空间稳定理论(Steric Stabilization)(Steric Stabilization)a a体积限制效应理论体积限制效应理论 图图1014 空间稳定示意图空间稳定示意图(a)b b混合效应理论混合效应理论 式中式中V VT T体系得总势能体系得总势能,V VR R双电层排斥能双电层排斥能,V VS S 空间效应产生得排斥能。空间效应产生得排斥能。总势能曲线总势能曲线V VT T-H-H如图如图9 91515所示。所示。图图1015 空间稳定得势能曲线空间稳定得势能曲线(a)无双电层斥能无双电层斥能;(b)有双电层斥能有双电层斥能 2 2空位稳定理论空位稳定理论(Depletionstabilization)(Depletionstabilization)在在非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂或或高高分分子子聚聚合合物物得得水水或或非非水水溶溶液液中中,当当两两个个质质点点相相互互靠靠近近时时,若若能能将将高高分分子子聚聚合合物物从从两两质质点点间间得得间间隙隙中中挤挤出出去去,导导致致质质点点间间隙隙区区内内只只有有溶溶剂剂分分子子而而无无高高分分子子聚聚合合物物存存在在,致致使使质质点点表表面面形形成成空空位位,质质点点间间得得这这种种相互作用称为空位作用。相互作用称为空位作用。图图1016 空位作用示意图空位作用示意图 (a)低浓度下得桥连絮凝作用低浓度下得桥连絮凝作用;(b)中等浓度下得空间稳定作用中等浓度下得空间稳定作用;(c)较高浓度下得空位絮凝作用较高浓度下得空位絮凝作用;(d)高浓度下得空位稳定作用高浓度下得空位稳定作用1010、3 3 表面活性剂得分散稳定作用表面活性剂得分散稳定作用(1)(1)降低液体介质得表面张力降低液体介质得表面张力LVLV固液界面张力固液界面张力SLSL与液体在固体上与液体在固体上得接触角得接触角,提高其润湿性质与降低体系得界面能。同时可提高提高其润湿性质与降低体系得界面能。同时可提高液体向固体粒子孔隙中得渗透速度液体向固体粒子孔隙中得渗透速度,以利于表面活性剂在固体界以利于表面活性剂在固体界面得吸附面得吸附,并产生其它利于固体粒子聚集体粉碎、分散得作用。并产生其它利于固体粒子聚集体粉碎、分散得作用。(2)(2)离子型表面活性剂在某些固体粒子上得吸附可增加粒子表面电离子型表面活性剂在某些固体粒子上得吸附可增加粒子表面电势势,提高粒子间得静电排斥作用提高粒子间得静电排斥作用,利于分散体系得稳定。利于分散体系得稳定。(3)(3)在固体粒子表面上亲液基团朝向液相得表面活性剂定向吸附层在固体粒子表面上亲液基团朝向液相得表面活性剂定向吸附层得形成利于提高疏液分散体系粒子得亲液性得形成利于提高疏液分散体系粒子得亲液性,有时也可以形成吸有时也可以形成吸附溶剂化层。附溶剂化层。(4)(4)长链表面活性剂与聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层长链表面活性剂与聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层起到空间稳定作用。起到空间稳定作用。(5)(5)表面活性剂在固体表面结构缺陷上得吸附不仅可降低界面能表面活性剂在固体表面结构缺陷上得吸附不仅可降低界面能,而而且能在表面上形成机械蔽障且能在表面上形成机械蔽障,有利于固体研磨分散。有利于固体研磨分散。1010、3 3、1 1表面活性剂在水介质中得分散稳定作用表面活性剂在水介质中得分散稳定作用1对非极性固体粒子得分散作用对非极性固体粒子得分散作用图10-17炭黑得分散过程(a)吸附阴离子表面活性剂提高电能障;(b)吸附非离子表面活性剂提高空间阻碍2对带电质点得分散稳定作用对带电质点得分散稳定作用1)离子型表面活性剂与质点表面带有同种电荷离子型表面活性剂与质点表面带有同种电荷Zeta电势与磺甲基酚醛树脂在粘土表面上吸附量得关系电势与磺甲基酚醛树脂在粘土表面上吸附量得关系2)2)离子型表面活性剂与质点表面带有相反电荷离子型表面活性剂与质点表面带有相反电荷 阴离子表面活性剂对带正电荷得氧化铁粒子得分散与絮凝作用1010、3 3、2 2表表面面活活性性剂剂在在有有机机介介质质中中得得分分散散稳稳定定作用作用 TiO2得表面处理过程质点在有机介质中得分散主要就是靠空间位阻产生熵斥力来实现质点在有机介质中得分散主要就是靠空间位阻产生熵斥力来实现得。得。使用有机胺类对有机颜料进行表面处理使用有机胺类对有机颜料进行表面处理 常用得有机胺有常用得有机胺有使使用用颜颜料料衍衍生生物物对对有有机机颜颜料料进进行行表表面面处处理理。如如汉汉沙沙系系列列及及联联苯苯胺胺系列黄颜料系列黄颜料,在偶合反应之后加入一定量脂肪胺与颜料分子中在偶合反应之后加入一定量脂肪胺与颜料分子中 缩合生成席夫碱通过分子平面吸附于颜料表面。缩合生成席夫碱通过分子平面吸附于颜料表面。图图1024就是以颜料衍生物对颜料进行表面处理得模型。就是以颜料衍生物对颜料进行表面处理得模型。图图1024 以颜料衍生物及无色衍生物表面处理模型以颜料衍生物及无色衍生物表面处理模型 喹喹吖吖啶啶酮酮磺磺化化衍衍生生物物得得盐盐也也可可以以平平面面性性吸吸附附于于颜颜料料表表面面改改进进颜颜料分散性料分散性,如图如图10102525所示。所示。图图1025 喹吖啶酮磺化衍生物表面处理模型喹吖啶酮磺化衍生物表面处理模型1010、4 4 分散剂与超分散剂分散剂与超分散剂分分散散剂剂:能能使使固固液液悬悬浮浮体体中中得得固固体体粒粒子子分分散散稳稳定定于于介介质中得表面活性剂可称为分散剂。质中得表面活性剂可称为分散剂。10、4、1分散分散剂得得选择良好得润湿性质。良好得润湿性质。便于分散过程得进行。便于分散过程得进行。能稳定形成得分散体系。能稳定形成得分散体系。1010、4 4、2 2 水介质中使用得分散剂水介质中使用得分散剂 亲水性较强得表面活性剂亲水性较强得表面活性剂,另外疏水链多为较长得碳链或成平另外疏水链多为较长得碳链或成平面结构面结构,如带有苯环或萘环如带有苯环或萘环,这种平面结构易作为吸附基吸附于这种平面结构易作为吸附基吸附于具有低能表面得有机固体粒子表面而以亲水基伸入水相具有低能表面得有机固体粒子表面而以亲水基伸入水相,将原来将原来亲油得低能表面变为亲水得表面。亲油得低能表面变为亲水得表面。离子型表面活性剂还可使固体粒子在接近时离子型表面活性剂还可使固体粒子在接近时,产生电斥力而使固产生电斥力而使固体粒子分散。体粒子分散。非离子表面活性剂可以通过长得柔顺得聚氧乙烯链形成得水化非离子表面活性剂可以通过长得柔顺得聚氧乙烯链形成得水化膜来阻止固体粒子得絮凝而使其分散稳定。膜来阻止固体粒子得絮凝而使其分散稳定。1 1)阴离子型分散剂阴离子型分散剂 a萘系分散剂 b木质素类 c聚合物类(水溶性分散剂)a a萘系分散剂萘系分散剂亚甲基二萘磺酸钠亚甲基二萘磺酸钠(扩散剂扩散剂NNO)NNO)本品为米黄色固体粉末本品为米黄色固体粉末,易溶于水。耐酸、碱、盐与硬水。易溶于水。耐酸、碱、盐与硬水。扩散性能好扩散性能好,对蛋白质及聚酰胺纤维有亲与力对蛋白质及聚酰胺纤维有亲与力,对棉、麻等对棉、麻等纤维素无亲与力。主要用作还原染料染色纤维素无亲与力。主要用作还原染料染色,酸法染色或悬浮酸法染色或悬浮体轧染得分散剂体轧染得分散剂,也用作水泥得早强减水剂。也用作水泥得早强减水剂。甲基萘磺酸钠甲醛缩合物甲基萘磺酸钠甲醛缩合物(扩散剂扩散剂MF)MF)本本品品为为棕棕色色至至深深棕棕色色粉粉末末,易易溶溶于于水水,易易吸吸潮潮,耐耐酸酸、碱碱及及硬硬水水。具具有有良良好好得得扩扩散散性性能能,用用作作分分散散染染料料、活活性性染染料料、还还原原染染料料得得分分散散剂剂,匀匀染染剂剂;也也用用于于航航空空农农药药得得分分散散剂剂,水泥混凝土得减水剂。水泥混凝土得减水剂。b b木质素类木质素类 木质素磺酸木质素磺酸 深深褐褐色色粘粘稠稠液液体体,用用作作混混凝凝土土减减水水剂剂,也也可可作作为为分分散散、还还原染料加工得分散剂。原染料加工得分散剂。c c聚合物类聚合物类(水溶性超分散剂水溶性超分散剂)低分子量聚丙烯酸钠低分子量聚丙烯酸钠 浅浅黄黄色色透透明明粘粘稠稠液液体体。与与涂涂布布加加工工纸纸用用涂涂料料中中得得其其她她组组分分相相容容性性好好。分分散散剂剂本本身身得得贮贮存存稳稳定定性性好好,无无混混浊浊或或分分层层现现象象。易易溶溶于于水水。无无毒毒,无无腐腐蚀蚀性性。用用于于造造纸纸、涂涂料料等等行行业业,就是一种优良得颜料分散剂。就是一种优良得颜料分散剂。2 2)非离子型分散剂非离子型分散剂 以以聚聚氧氧乙乙烯烯醚醚作作为为亲亲水水基基得得非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂如如吐吐温温型型、烷烷基基醚醚型型与与烷烷基基酚酚型型也也都都就就是是较较好好得得水水介介质质中中得得分分散散剂。剂。图图1026 以非离子表面活性剂处理颜料模型以非离子表面活性剂处理颜料模型1010、4 4、3 3 有机介质中得分散剂有机介质中得分散剂 1 1)用于无机粒子得分散剂用于无机粒子得分散剂 包包括括各各类类脂脂肪肪酸酸钠钠盐盐,常常用用得得有有月月桂桂酸酸钠钠,硬硬脂脂酸酸钠钠盐盐与与磺磺酸酸盐盐。长长碳碳链链得得胺胺类类化化合合物物如如:伯伯胺胺类类,仲仲胺胺类类与与季季铵铵盐以及醇胺类。盐以及醇胺类。2 2)用于有机粒子得分散剂用于有机粒子得分散剂 主要包括各种非离子型表面活性剂主要包括各种非离子型表面活性剂,各种长碳链胺类如各种长碳链胺类如十八胺十八胺,各类以聚氧乙烯为亲水各类以聚氧乙烯为亲水 基团得烷基胺基团得烷基胺,吐温类吐温类,亲油亲油性强得斯盘类非离子表面活性剂。性强得斯盘类非离子表面活性剂。3 3超分散剂超分散剂 1 1以以表表面面活活性性剂剂得得极极性性基基作作为为吸吸附附基基团团在在低低能能表表面面上上得得吸吸附附强强度度差差,往往往往出出现现脱脱附附现现象象,导导致致分分散散体体系系粒粒子子得得聚聚集集或沉淀或沉淀;2 2在在非非水水介介质质中中质质点点间间几几乎乎不不存存在在电电斥斥力力,而而主主要要能能起起作作用用得得就就是是被被吸吸附附得得表表面面活活性性剂剂疏疏水水链链形形成成得得溶溶剂剂化化膜膜起起分分散散稳稳定定作作用用,而而经经典典表表面面活活性性剂剂得得疏疏水水链链不不具具备备足足够够长长得得链链,即即不不能能形形成成足足够够厚厚得得溶溶剂剂化化膜膜产产生生足足够够高高得得空空间间排排斥斥能能来来克克服服粒粒子子间间得得范范德德华华相相吸吸力力,而而使使粒粒子子分分散散稳稳定定于于有有机机介介质中。质中。超分散剂得分子结构特征超分散剂得分子结构特征:超分散剂得分子量一般在超分散剂得分子量一般在100010001000010000之间之间;一一部部分分为为锚锚固固基基团团,可可通通过过离离子子对对、氢氢键键、范范德德华华力力及及改改性性剂剂结结合合等等作作用用以以单单点点锚锚固固或或多多点点锚锚固固得得形形式式紧紧密密地地结结合在颗粒表面上。合在颗粒表面上。另另一一部部分分为为亲亲介介质质得得溶溶剂剂化化得得聚聚合合物物链链,它它通通过过空空间间位位阻效应阻效应(熵排斥熵排斥)对颗粒得分散起稳定作用。对颗粒得分散起稳定作用。图图1027 超分散剂在颜料表面得锚固方式超分散剂在颜料表面得锚固方式4 4超分散剂得作用机理超分散剂得作用机理 稳定机理稳定机理 在在非非水水分分散散体体系系中中,对对稳稳定定起起决决定定作作用用得得就就是是空空间间位位阻阻(熵排斥熵排斥)。在在超超分分散散剂剂作作用用体体系系中中,超超分分散散剂剂以以其其锚锚固固段段吸吸附附于于颗颗粒粒表表面面,溶溶剂剂化化段段则则伸伸展展于于分分散散介介质质中中,其其长长度度一一般般在在101015nm15nm之之间间,当当两两个个吸吸附附有有超超分分散散剂剂得得颗颗粒粒相相互互接接近近时时,由由于于伸伸展展链链得得空空间间阻阻碍碍因因此此不不会会引引起起絮絮凝凝,而而维维持持稳稳定定得得分分散散状状态。态。5 5超分散剂得分子结构超分散剂得分子结构 1 1)锚固段与固体颗粒表面能形成牢固得结合锚固段与固体颗粒表面能形成牢固得结合;超分散剂超分散剂在颗粒表面形成较完整得覆盖层在颗粒表面形成较完整得覆盖层;2 2)溶剂化段在分散介质中有一定得厚度。溶剂化段在分散介质中有一定得厚度。图图929 超分散剂在颗粒表面得主要吸附形态超分散剂在颗粒表面得主要吸附形态 3 3)超分散剂得分子结构超分散剂得分子结构 锚固段锚固段(A(A段段)得选择得选择 颗粒表面与颗粒表面与A A段间能发生得较强得相互作用有氢键、段间能发生得较强得相互作用有氢键、共价键、酸碱作用等。共价键、酸碱作用等。溶剂化段溶剂化段(B(B段段)得选择得选择 一方面一方面B B段与分散介质应有较好得相容性段与分散介质应有较好得相容性,另一方面另一方面,B B段本身要具有足够得分子量。段本身要具有足够得分子量。超超分分散散剂剂分分子子结结构构得得确确定定:最最好好为为单单端端官官能能化化得得A AB B两两嵌嵌段段聚聚合合物物,锚锚固固段段应应与与颗颗粒粒表表面面有有较较强强得得吸吸附附力力。溶溶剂剂化化段段要要有有合合宜宜得得长长度度,介介质质应应对对溶溶剂剂化化段段有有良良好好得得溶溶解解性性,而对锚固段最好不具备溶解性。而对锚固段最好不具备溶解性。1010、6 6 聚沉作用聚沉作用凝凝聚聚作作用用:使用凝聚剂中与质点与悬浮物颗粒表面电荷,使其克服质点与悬浮物颗粒间得静电排斥力,从而使颗粒脱稳得过程称作凝聚作用。凝凝聚聚作作用用往往往往发发生生在在V VT T-H-H势势能能曲曲线得第一极小值处线得第一极小值处,且不具备可逆性。且不具备可逆性。絮凝作用絮凝作用:就是质点与悬浮物粒子在有机高分子絮凝剂得桥连作用下,使其形成粗大得絮凝体得过程。在此过程中也存在着电荷得中与作用。聚沉作用就是凝聚与絮凝两种作用过程聚沉作用就是凝聚与絮凝两种作用过程表表10-4凝聚与絮凝得区凝聚与絮凝得区别72 1010、7 7凝聚作用凝聚作用凝聚作用主要就是在凝聚作用主要就是在体系中加入无机电解体系中加入无机电解质凝聚剂质凝聚剂,通过带电通过带电质点对溶液中反离子质点对溶液中反离子得吸附得吸附,使两个带电使两个带电质点得表面电荷被中质点得表面电荷被中与与,ZetaZeta电势下降电势下降,双双电层被压缩减薄电层被压缩减薄,减减小质点间双电层斥力小质点间双电层斥力,在范德华相吸力占主在范德华相吸力占主导得情况下导得情况下,质点间质点间能形成稳定得化学键能形成稳定得化学键结合在一起结合在一起,质点间质点间得相互作用处于第一得相互作用处于第一极小值得能态极小值得能态,而产而产生凝聚体与溶液分离。生凝聚体与溶液分离。10、8絮凝作用絮凝作用 絮凝作用主要就是在体系中加入有机高分子絮凝剂絮凝作用主要就是在体系中加入有机高分子絮凝剂,有机有机高分子絮凝剂通过自身得极性基或离子基团与质点形成氢高分子絮凝剂通过自身得极性基或离子基团与质点形成氢键或离子对键或离子对,加之范德华相吸力而吸附于质点表面加之范德华相吸力而吸附于质点表面,在质点在质点间进行桥连形成体积庞大得絮状沉淀而与水溶液分离。絮间进行桥连形成体积庞大得絮状沉淀而与水溶液分离。絮凝作用得特点就是絮凝剂用量少凝作用得特点就是絮凝剂用量少,体积增大得速度快体积增大得速度快,形成形成絮凝体得速度快絮凝体得速度快,絮凝效率高。絮凝效率高。1)有机高分子絮凝剂在质点表面得吸附状态有机高分子絮凝剂在质点表面得吸附状态2 2)有机高分子絮凝剂得桥连作用有机高分子絮凝剂得桥连作用桥桥连连作作用用:质点与悬浮物通过有机高分子絮凝剂架桥而被连接起来形成絮凝体得过程。主要通过高分子絮凝剂在质点表面得环式与尾式吸附架桥形成得桥连。a高分子絮凝剂与带有不同电荷得质点间得桥连b高分子絮凝剂与带相同电荷得质点间得桥连 a高分子絮凝剂与带有不同电荷得质点间得桥连 其脱稳作用就是由于静电引力得原因。在此过程中,有机阳离子絮凝剂得分子量起着重要得作用。例:采用分子量为51042105得有机阳离子絮凝剂处理油田污水,可观察到细小得絮凝体。如果改用分子量高达2106得有机阳离子絮凝剂来处理同种油田污水,会观察到在电荷中与得同时,不但絮凝作用完全而且形成粗大得絮凝体,污水迅速被澄清。镶嵌作用镶嵌作用:有机阳离子絮凝剂通过静电相吸力吸附于电荷相反得质点表面时,当吸附量达到足以使Zeta电势达到零时,也不可能将胶体颗粒与悬浮物颗粒表面上得电荷全部中与。在其表面上仍然存在正电荷区与负电荷区。在这些吸附着有机高分子絮凝剂得质点中,当一个质点表面得正电荷区与另一质点表面得负电荷区互相接近时,所产生得吸引力大于排斥力从而降低了相互作用能,并达到第一最小能量值,结果产生絮凝沉淀,这就就是镶嵌作用。分子量高电荷密度也高得有机阳离子高分子絮凝剂,在质点表面得多点吸附使高分子链多以无桥链作用得列车式结构形态存在,而能参与桥连得立体环式与尾式结构形态较少,影响了高分子得桥连作用,降低了絮凝作用。分子量高电荷密度低得有机阳离子絮凝剂在质点表面得吸附形态多以能参与桥连得立体环式与尾式结构形态为主,桥连作用强,因此絮凝效果好。高分子量高得低电荷密度得分子结构高分子量高得低电荷密度得分子结构就是有机阳离子高分子絮凝剂得理想分子结构,它具有高效絮凝作用。b b高分子絮凝剂与带相同电荷得质点间得桥连高分子絮凝剂与带相同电荷得质点间得桥连 质点表面存在着正电荷区 带负电得絮凝体对质点得包裹作用 反离子得作用 质点表面存在着正电荷区质点表面存在着正电荷区 带负电得絮凝体对质点得包裹作用带负电得絮凝体对质点得包裹作用 反离子得作用反离子得作用 分子量很高得离子型有机高分子絮凝剂在电离状态下分子量很高得离子型有机高分子絮凝剂在电离状态下,在带电离子附近电势最大区域以外存在一个电势隧道在带电离子附近电势最大区域以外存在一个电势隧道,反反离子在电势隧道里具有较大得流动性离子在电势隧道里具有较大得流动性,这有助于絮凝过程这有助于絮凝过程得进行。得进行。图图1043中表示出质点与质点得双电层中表示出质点与质点得双电层,阴离子高分子絮凝剂与它得电势隧道近似尺寸。其反离子为阳离子。阴离子高分子絮凝剂与它得电势隧道近似尺寸。其反离子为阳离子。化学絮凝模型化学絮凝模型:(a)(a)高分子絮凝剂与质点间得排斥能曲线高分子絮凝剂与质点间得排斥能曲线,高分子絮凝剂带电荷得球面会与质点表面得双电层发高分子絮凝剂带电荷得球面会与质点表面得双电层发生交联生交联,使体系得排斥能升高使体系得排斥能升高(变得更负变得更负)(b)(b)反离子流入质点双电层后高分子絮凝剂与质点间得排斥能曲线反离子流入质点双电层后高分子絮凝剂与质点间得排斥能曲线在静电吸引力得作用下在静电吸引力得作用下,高分子絮凝剂得电势隧道可作为反离子高分子絮凝剂得电势隧道可作为反离子得导管得导管,使可流动得反离子流入质点表面得双电层中使可流动得反离子流入质点表面得双电层中,使双电层压使双电层压缩缩,导致表面得部分电荷中与导致表面得部分电荷中与,排斥能降低排斥能降低 (c)(c)总排斥能曲线总排斥能曲线若反离子能将体系得排斥能降低至相互作用能可达到第二极小若反离子能将体系得排斥能降低至相互作用能可达到第二极小值值,这样这样,较大得质点就容易迅速地絮凝较大得质点就容易迅速地絮凝,而流动性大得小质点而流动性大得小质点只能通过电荷中与使能垒进一步降低才可能絮凝而沉淀。只能通过电荷中与使能垒进一步降低才可能絮凝而沉淀。阴阴离离子子高高分分子子絮絮凝凝剂剂:絮絮凝凝带带负负电电荷荷得得质质点点时时,反反离离子子得得价价数数及及数数量量就就是是关关键键。在在溶溶液液中中不不存存在在无无机机盐盐得得条条件件下下,阴阴离离子子高高分分子子絮絮凝凝剂剂不不能能吸吸附附在在带带负负电电荷荷得得质质点点表表面面,不不能能进进行行桥桥连连,也也就就不不会会产产生生絮絮凝凝作作用用,在在上上述述过过程程中中,镁镁离离子子对对絮絮凝凝过过程程有有促促进进作作用用,使使絮凝效果得到很大提高。絮凝效果得到很大提高。无无机机盐盐即即反反离离子子得得作作用用在在于于首首先先压压缩缩双双电电层层降降低低悬悬浮浮粒粒子子表表面面得得ZetaZeta电电势势,减减少少阴阴离离子子高高分分子子絮絮凝凝剂剂与与悬悬浮浮粒粒子子间间得得电电斥斥能能;使使阴阴离离子子絮絮凝凝剂剂能能顺顺利利完完成成吸吸附附桥桥连连絮絮凝凝这这一一过过程程中中发发挥挥絮絮凝凝作用。作用。有机高分子絮凝剂应具备得条件有机高分子絮凝剂应具备得条件 1 1、在介质中必须可溶。在介质中必须可溶。2 2、高高分分子子得得链链节节上上应应具具有有能能与与固固液液悬悬浮浮体体中中得得固固体体粒粒子子间间产产生生桥桥连连得得吸吸附附基基团团。例例如如,阳阳离离子子型型得得季季铵铵基基,阴阴离离子子型型得得羧羧钠钠基基以以及及非离子型得氨基、羟基、酰胺基与羧基等。非离子型得氨基、羟基、酰胺基与羧基等。3 3、大分子应就是线型得大分子应