§14.7 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用

1、2021-6-15114.7 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 溶膠的穩(wěn)定性 影響聚沉作用的一些因素 膠體穩(wěn)定性的DLVO理論大意 高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用2021-6-152溶膠的穩(wěn)定性抗聚結(jié)穩(wěn)定性 膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能 為Va+Vr。如圖所示：動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性 由于溶膠粒子小，Brown運(yùn)動(dòng)激烈，在重力場(chǎng)中不易沉降，使溶膠具有動(dòng)力穩(wěn)定性 當(dāng)粒子相距較大時(shí)，主要為吸力，總勢(shì)能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢(shì)能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個(gè)勢(shì)壘。darVV0粒子間相互作用與其距離的關(guān)系曲線2021-6-153溶膠的穩(wěn)定性d0粒子間相互

2、作用與其距離的關(guān)系曲線Va+Vr2021-6-154溶膠的穩(wěn)定性 膠粒表面因吸附某種離子而帶電，并且此種離子及反離子都是溶劑化的，這樣，在膠粒周圍就形成了一個(gè)溶劑化膜（水化膜） 溶劑化層的影響 水化膜中的水分子是比較定向排列的，當(dāng)膠粒彼此接近時(shí)，水化膜就被擠壓變形，而引起定向排列的引力又力圖恢復(fù)原來的定向排列，這樣就使水化膜表現(xiàn)出彈性，成為膠粒彼此接近時(shí)的機(jī)械阻力 水化膜中的水有較高的黏度，這也成為膠粒相互接近時(shí)的機(jī)械障礙 2021-6-155影響聚沉作用的一些因素1. 電解質(zhì)對(duì)于溶膠聚沉作用的影響聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉 所需電解質(zhì)的最小濃度。從已知的表值 可見，對(duì)同一溶膠

3、，外加電解質(zhì)的反號(hào) 離子的價(jià)數(shù)越低，其聚沉值越大。聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)其聚沉能力越??；反之，聚沉值越小的電解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。2021-6-156影響聚沉作用的一些因素電解質(zhì)的影響有如下一些規(guī)律：（1）聚沉能力主要決定于與膠粒帶相反電荷的離子的價(jià)數(shù) 異電性離子為一、二、三價(jià)的電解質(zhì)，其聚沉值的比例約為：相當(dāng)于100 1.614:0.這表示聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比 666111123 :這一結(jié)論稱為Schulze-Hardy規(guī)則 2021-6-157影響聚沉作用的一些因素（2）價(jià)數(shù)相同的離子聚沉能力也有所不同。例如不同的堿金屬的一價(jià)陽(yáng)離子所生成的硝酸鹽對(duì)負(fù)電性

4、膠粒的聚沉能力可以排成如下次序： 不同的一價(jià)陰離子所形成的鉀鹽，對(duì)帶正電的溶膠的聚沉能力則有如下次序：+4HCsRbHKNaLi N3FClBrNOI 同價(jià)離子聚沉能力的這一次序稱為感膠離子序。它與水合離子半徑從小到大的次序大致相同。 2021-6-158影響聚沉作用的一些因素（3） 有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可能與其具有強(qiáng)吸附能力有關(guān)。（4）電解質(zhì)的聚沉作用是正負(fù)離子作用的總和 通常相同電性離子的價(jià)數(shù)愈高，則該電解質(zhì)的聚沉能力愈低，這可能與這些相同電性離子的吸附作用有關(guān) 2021-6-159影響聚沉作用的一些因素（5）不規(guī)則聚沉 在溶膠中加入少量的電解質(zhì)可以使溶膠聚沉，電解質(zhì)濃度

5、稍高，沉淀又重新分散而成溶膠，并使膠粒所帶電荷改變符號(hào)。 如果電解質(zhì)的濃度再升高，可以使新形成的溶膠再次沉淀。 不規(guī)則聚沉是膠體粒子對(duì)高價(jià)異號(hào)離子的強(qiáng)烈吸附的結(jié)果。2021-6-1510影響聚沉作用的一些因素2. 膠粒之間的相互作用 將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉。 與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時(shí)，才會(huì)完全聚沉，否則會(huì)不完全聚沉，甚至不聚沉。 產(chǎn)生相互聚沉現(xiàn)象的原因是：可以把溶膠粒子看成是一個(gè)巨大的離子，所以溶膠的混合類似于加入電解質(zhì)的一種特殊情況。 2021-6-1511影響聚沉作用的一些因素2. 膠粒之間的相互作用 在憎液溶膠中加入某些大

6、分子溶液，加入的量不同，會(huì)出現(xiàn)兩種情況： 當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時(shí)，會(huì)保護(hù)溶膠不聚沉，常用金值來表示大分子溶液對(duì)金溶膠的保護(hù)能力。 齊格蒙第提出的金值含義：金值越小，表明高分子保護(hù)劑的能力越強(qiáng)。 為了保護(hù)10 cm3 0.006%的金溶膠，在加入1 cm310% NaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。2021-6-1512影響聚沉作用的一些因素2. 膠粒之間的相互作用 在加入少量大分子溶液時(shí)，會(huì)促使溶膠的聚沉，這種現(xiàn)象稱為敏化作用； 當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時(shí)，憎液溶膠的膠粒粘附在大分子上，大分子起了一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。 例如，

7、對(duì)SiO2進(jìn)行重量分析時(shí)，在SiO2的溶膠中加入少量明膠，使SiO2 的膠粒粘附在明膠上，便于聚沉后過濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。2021-6-1513不同膠體的相互作用2021-6-1514膠體穩(wěn)定性的DLVO理論大意 在20世紀(jì)四十年代，前蘇聯(lián)學(xué)者Deijaguin和Landau與荷蘭學(xué)者Verwey和Overbeek分別提出了關(guān)于各種形狀粒子之間在不同的情況下相互吸引能與雙電層排斥能的計(jì)算方法。他們處理問題的方法與結(jié)論有大致共同之處，因此以他們的姓名第一個(gè)字母簡(jiǎn)稱為DLVO理論。 DLVO理論給出了計(jì)算膠體質(zhì)點(diǎn)間排斥能及吸引能的方法，并據(jù)此對(duì)憎液膠體的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量處理，得出了聚沉值與

8、反號(hào)離子電價(jià)之間的關(guān)系式，從理論上闡明了Schulze-Hardy 規(guī)則 2021-6-1515高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用 1高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝作用 在溶膠內(nèi)加入極少量的可溶性高分子化合物，可導(dǎo)致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀，這類沉淀稱為絮凝物，這種現(xiàn)象稱為絮凝(或橋聯(lián))作用。 高分子對(duì)膠粒的絮凝作用與電解質(zhì)的聚沉作用完全不同： 由電解質(zhì)所引起的聚沉過程比較緩慢，所得到的沉淀顆粒緊密、體積小，這是由于電解質(zhì)壓縮了溶膠粒子的擴(kuò)散雙電層所引起的； 2021-6-1516高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用 1高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝作用 高分子的絮凝作用則是由于吸附了溶膠粒子以后，

9、高分子化合物本身的鏈段旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)，將固體粒子聚集在一起而產(chǎn)生沉淀。 絮凝作用具有迅速、徹底、沉淀疏松、過濾快、絮凝劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于顆粒較大的懸浮體尤為有效。這對(duì)于污水處理、鉆井泥漿、選擇性選礦以及化工生產(chǎn)流程的沉淀、過濾、洗滌等操作都有極重要的作用。2021-6-1517高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用高分子化合物絮凝作用的特點(diǎn)： (1) 起絮凝作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結(jié)構(gòu) （2）任何絮凝劑的加入量都有一最佳值 （3）高分子的分子質(zhì)量越大，絮凝效率也越高 （4）高分子化合物基團(tuán)的性質(zhì)對(duì)絮凝效果有十分重要的影響 （5）絮凝過程與絮凝物的大小、結(jié)構(gòu)、攪拌的速率和強(qiáng)度等都有關(guān)系2021-6-1518高分子化合物對(duì)溶膠的絮凝和穩(wěn)定作用2 2高分子化合物對(duì)溶膠的穩(wěn)定作