分散和絮凝作用洗滌作用

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)例如：云，牛奶，珍珠分散體系的分類：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）Ostward根據(jù)分散相粒子的大小對(duì)分散體系進(jìn)行分類：①粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)為1~500nm，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)小于1nm，質(zhì)點(diǎn)可以通過濾紙和半透膜。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(shí)，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(shí)，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(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有氣-氣溶膠，因?yàn)椴煌臍怏w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

在實(shí)際應(yīng)用中，我們有時(shí)需要穩(wěn)定的分散體，例如油漆涂料、印刷油墨等，有時(shí)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(shí)現(xiàn)，表面活性劑對(duì)分散作用有很大影響。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(yùn)動(dòng)在一定程度上阻止粒子下沉，但一經(jīng)碰撞會(huì)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(shí)現(xiàn)。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(duì)懸浮體中的大粒子有穩(wěn)定作用。

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。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(shì)，提高粒子間的靜電排斥作用，有利于分散體系的穩(wěn)定。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(dòng)，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。當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有（2）對(duì)污垢的分散和懸浮作用。（3）表面活性劑的結(jié)構(gòu)①粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)大于0.固體油污的去除：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。5μm，不能透過濾紙。1μm的污垢顆粒，由于牢固地吸附在固體表面很難去除。疏水基和親水基部分可調(diào)性。液體污垢被去除的難易程度，取決于在洗滌液存在時(shí)污垢與基物的接觸角θ。洗滌劑的表面張力和織物與污垢之間的固-固界面張力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；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(shì)，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(shí)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。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(diǎn)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(diǎn)：

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(shí)能降低粘度。③能形成穩(wěn)定的分散體系。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。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(shí)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)。絮凝劑分子應(yīng)具備的特點(diǎn)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(duì)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。絮凝劑類型：無機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無機(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）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(duì)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(duì)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。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2.6洗滌和去污作用洗滌去污原理——液體污垢的去除品種主要有：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。無機(jī)固體污垢，形成雙電層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。成的體系稱為分散體系。油污在非極性高分子板材上的粘附。分散介質(zhì)種類、成分固體污垢通常在一些點(diǎn)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。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；當(dāng)分散相為固體或液體時(shí)，形成氣-固或氣-液溶膠，但沒有天然產(chǎn)物分散劑：磷酯、脂肪酸、多糖、酪蛋白等。若污垢和基物之間形成氫鍵，則很難清除。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。液體油污的去除：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(duì)分子量大（>106）才有效。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(dòng)，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(diǎn)：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)污垢的類型按形態(tài)分：（1）液體污垢皮脂、動(dòng)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(shí)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(shí)帶正電、有時(shí)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。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(dòng)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

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)洗滌劑的作用（1）降低水的表面張力，改善水對(duì)洗滌物的潤濕性。洗滌劑對(duì)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(duì)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。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)理提高液體向固體粒子孔隙的滲透速度。①能夠溶解在固體微粒的分散介質(zhì)中；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。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；洗滌劑配方：表面活性劑、助劑、有機(jī)螯合劑、抗再沉積劑、消泡劑、熒光增白劑、防結(jié)塊劑、酶和香精等。均相分散體系(溶液、氣體混合物）后者較為疏松，易于再分散。氣-液溶膠如霧，云若分散相為疏液性固體，稱為溶膠。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。極性有機(jī)物油污（脂肪醇、脂肪酸及各種極性染料等）①粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)大于0.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)。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。無機(jī)固體污垢，形成雙電層洗滌去污原理——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)。（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(shí)，極性油與表面活性劑發(fā)生作用而自發(fā)乳化。（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（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(jí)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。2、固體污垢的去除固體污垢通常在一些點(diǎn)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(shí)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。（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。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。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)

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(duì)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(diǎn)。

一般很少采用陽離子表面活性劑做洗滌劑。

提高液體向固體粒子孔隙的滲透速度。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。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；Mcbain提出洗滌過程的反應(yīng)式：在粉體表面和內(nèi)孔都能潤濕并使其分散；濕法冶金、工業(yè)污水處理和生活原水澄清等②膠體分散體系：質(zhì)點(diǎn)為1~500nm，質(zhì)點(diǎn)可以透過濾紙，但不能通過半透膜。包括懸浮體（分散相為固體）和乳狀液（分散相為液體）。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；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。2、固體污垢的去除常用類型：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。沒有吸附就沒有洗滌劑的洗滌功能。塵埃、粘土、砂、鐵銹、灰、炭黑。5μm，不能透過濾紙。（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