第章分散和絮凝作用ppt課件

1、3.6 分散和絮凝作用 分散和絮凝作用 n分散：一種物質(zhì)如固體粒子分散于另一種物分散：一種物質(zhì)如固體粒子分散于另一種物質(zhì)如固體、液體或氣體等介質(zhì)中的作用。質(zhì)如固體、液體或氣體等介質(zhì)中的作用。nOstward根據(jù)分散相粒子的大小對分散體系進(jìn)展根據(jù)分散相粒子的大小對分散體系進(jìn)展分類：分類：n 粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)大于粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)大于0.5 m，不能透過濾，不能透過濾紙。包括懸浮體分散相為固體和乳狀液分紙。包括懸浮體分散相為固體和乳狀液分散相為液體。散相為液體。n 膠體分散體系：質(zhì)點(diǎn)為膠體分散體系：質(zhì)點(diǎn)為1500 nm，質(zhì)點(diǎn)可，質(zhì)點(diǎn)可以透過濾紙，但不能經(jīng)過半透膜。假設(shè)分散相為以透過濾紙，但不能經(jīng)過半

2、透膜。假設(shè)分散相為疏液性固體，稱為溶膠。疏液性固體，稱為溶膠。n 分子分散體系：質(zhì)點(diǎn)小于分子分散體系：質(zhì)點(diǎn)小于1 nm，質(zhì)點(diǎn)可以，質(zhì)點(diǎn)可以經(jīng)過濾紙和半透膜。經(jīng)過濾紙和半透膜。n聚集體：分散相粒子以恣意方式和受任何要素的聚集體：分散相粒子以恣意方式和受任何要素的作用而結(jié)合在一同構(gòu)成有構(gòu)造或無特定構(gòu)造集團(tuán)作用而結(jié)合在一同構(gòu)成有構(gòu)造或無特定構(gòu)造集團(tuán)的作用稱為聚集作用的作用稱為聚集作用aggregation，構(gòu)成的，構(gòu)成的這些集團(tuán)稱為聚集體。這些集團(tuán)稱為聚集體。n聚集體的構(gòu)成稱為聚沉聚集體的構(gòu)成稱為聚沉congulation或絮凝或絮凝flocculation。n聚沉和絮凝常是通用的，前者構(gòu)成的聚集體

3、較為聚沉和絮凝常是通用的，前者構(gòu)成的聚集體較為致密；后者較為疏松，易于再分散。致密；后者較為疏松，易于再分散。n分散作用的運(yùn)用：分散作用的運(yùn)用：n 涂料、印刷油墨和鉆井泥漿涂料、印刷油墨和鉆井泥漿 穩(wěn)定的固穩(wěn)定的固液分散體系液分散體系n絮凝作用的運(yùn)用：絮凝作用的運(yùn)用：n 濕法冶金、工業(yè)污水處置和生活原水濕法冶金、工業(yè)污水處置和生活原水廓清等廓清等3.6.1 外表活性劑對固體顆粒的分散作用1粉體的潤濕粉體的潤濕 2 粒子團(tuán)的分散粒子團(tuán)的分散 3分散體的穩(wěn)定分散體的穩(wěn)定 粉體的潤濕 n外表活性劑的作用：外表活性劑的作用： n 在介質(zhì)外表的定向吸附，使在介質(zhì)外表的定向吸附，使LG和和SL降降低。低。

4、01 )(cosLGLGSLSG粒子團(tuán)的分散 p毛細(xì)管力；為液體在毛細(xì)管壁的接觸角。假設(shè)固體粒子團(tuán)為高能外表，90,毛細(xì)管力為負(fù)值，對浸透起阻止作用，不利于聚集團(tuán)簇的破裂和分散。外表活性劑的作用： 在固-液界面上定向吸附，使固體微粒和分散介質(zhì)的相容性得以改善，加速了液體在縫隙中浸透。 rrpSLSGLG22cosn以水為介質(zhì)時以水為介質(zhì)時 n陰離子外表活性劑陰離子外表活性劑n 范德華力相吸引或鑲嵌方式吸附在縫隙的外表，排斥范德華力相吸引或鑲嵌方式吸附在縫隙的外表，排斥力加強(qiáng)，以及浸透水產(chǎn)生浸透壓共同作用使微粒間的鉸結(jié)力加強(qiáng)，以及浸透水產(chǎn)生浸透壓共同作用使微粒間的鉸結(jié)強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低n非離子外表

5、活性劑非離子外表活性劑n 經(jīng)過范德華力被吸附于縫隙壁上，經(jīng)過熵斥力及浸透經(jīng)過范德華力被吸附于縫隙壁上，經(jīng)過熵斥力及浸透水化力使粒子團(tuán)中微粒縫間的鉸結(jié)強(qiáng)度下降水化力使粒子團(tuán)中微?？p間的鉸結(jié)強(qiáng)度下降n陽離子外表活性劑陽離子外表活性劑n 經(jīng)過靜電相吸力吸附在縫隙壁上，即季銨陽離子吸附經(jīng)過靜電相吸力吸附在縫隙壁上，即季銨陽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，使接于縫隙壁帶負(fù)電荷的位置上，而以疏水基伸入水相，使接觸角增大甚至觸角增大甚至90,導(dǎo)致毛細(xì)管力為負(fù)值，阻止浸透作用。導(dǎo)致毛細(xì)管力為負(fù)值，阻止浸透作用。不宜用于固體粒子的分散。不宜用于固體粒子的分散。 n普通情況下普通情況下n 僅

6、僅依托外表活性劑溶液的作用就可僅僅依托外表活性劑溶液的作用就可以使顆粒破裂。以使顆粒破裂。n 不行的話，可以輔之以高速混合攪拌不行的話，可以輔之以高速混合攪拌或研磨的方法使之破壞。外表活性劑可以或研磨的方法使之破壞。外表活性劑可以協(xié)助研磨，減少顆粒的外表能，阻止已被協(xié)助研磨，減少顆粒的外表能，阻止已被破壞的外表恢復(fù)鍵合，從而到達(dá)防止顆粒破壞的外表恢復(fù)鍵合，從而到達(dá)防止顆粒聚結(jié)的目的。聚結(jié)的目的。分散體的穩(wěn)定n呵斥固液分散體系的不穩(wěn)定性的緣由：n 受重力影響粒子發(fā)生堆積。多數(shù)情況下粒子較小，布朗運(yùn)動在一定程度上阻止粒子下沉，但一經(jīng)碰撞會聚集； 熱力學(xué)不穩(wěn)定性。粒子具有大的相界面和界面能。n外表活

7、性劑在固體微粒外表的吸附可以降低粒子聚集的傾向。n 在水介質(zhì)中，外表活性劑主要經(jīng)過范德華力以疏水基吸附在粒子外表，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。n 在有機(jī)介質(zhì)中，外表活性劑以親水基團(tuán)與粒子經(jīng)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)。 懸浮體的穩(wěn)定性 使懸浮體粒子帶有較多的電荷，構(gòu)成雙電層。使懸浮體粒子帶有較多的電荷，構(gòu)成雙電層。 在粒子外表構(gòu)成具有特殊構(gòu)造和特殊性質(zhì)的溶劑在粒子外表構(gòu)成具有特殊構(gòu)造和特殊性質(zhì)的溶劑化層或吸附溶劑化層。帶有吸附溶劑化層的粒子化層或吸附溶劑化層。帶有吸附溶劑化層的粒子接近或聚集必

8、需使溶劑化層厚度減小，使陳列較接近或聚集必需使溶劑化層厚度減小，使陳列較為有序的溶劑分子無序化，這需求做功。為有序的溶劑分子無序化，這需求做功。 微小的膠體粒子對懸浮體中的大粒子有穩(wěn)定作用。微小的膠體粒子對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 外表活性劑的分散作用 降低液體介質(zhì)的外表張力降低液體介質(zhì)的外表張力LGLG、固液界面張力、固液界面張力SLSL和液和液體在固體上的接觸角體在固體上的接觸角；提高潤濕性和降低界面能；提高；提高潤濕性和降低界面能；提高液體向固體粒子孔隙的浸透速度。液體向固體粒子孔隙的浸透速度。 離子型外表活性劑在某些固體粒子上的

9、吸附可添加粒子離子型外表活性劑在某些固體粒子上的吸附可添加粒子的外表電勢，提高粒子間的靜電排斥作用，有利分散體系的外表電勢，提高粒子間的靜電排斥作用，有利分散體系的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。 定向吸附有利于提高疏液型分散體系粒子的親液性，有定向吸附有利于提高疏液型分散體系粒子的親液性，有時可構(gòu)成吸附溶劑化層。時可構(gòu)成吸附溶劑化層。 長鏈外表活性劑和聚合物大分子在粒子外表構(gòu)成厚吸附長鏈外表活性劑和聚合物大分子在粒子外表構(gòu)成厚吸附層，起到空間穩(wěn)定作用。層，起到空間穩(wěn)定作用。 外表活性劑在固體外表構(gòu)造缺陷上的吸附不僅可降低界外表活性劑在固體外表構(gòu)造缺陷上的吸附不僅可降低界面能，而且可以在外表上構(gòu)成機(jī)械屏障，有利

10、于固體研磨面能，而且可以在外表上構(gòu)成機(jī)械屏障，有利于固體研磨分散。分散。 cosLGSLSG3.6.2分散劑 n分散劑分散劑dispersing agent, dispersant：使固：使固體微粒均勻、穩(wěn)定地分散于液體介質(zhì)中的低分子體微粒均勻、穩(wěn)定地分散于液體介質(zhì)中的低分子外表活性劑或高分子外表活性劑。外表活性劑或高分子外表活性劑。n能使固體微粒外表迅速潤濕，又能使固體質(zhì)點(diǎn)間能使固體微粒外表迅速潤濕，又能使固體質(zhì)點(diǎn)間的能壘上升到足夠高的外表活性劑才稱為分散劑。的能壘上升到足夠高的外表活性劑才稱為分散劑。n分散劑應(yīng)具備的特點(diǎn)：分散劑應(yīng)具備的特點(diǎn)：n 良好的潤濕性質(zhì)。在粉體外表和內(nèi)孔都能潤良好的

11、潤濕性質(zhì)。在粉體外表和內(nèi)孔都能潤濕并使其分散；濕并使其分散；n 要有助于離子的破碎，濕磨時能降低粘度。要有助于離子的破碎，濕磨時能降低粘度。n 能構(gòu)成穩(wěn)定的分散體系。能構(gòu)成穩(wěn)定的分散體系。n分散劑：陰離子型、非離子型、有機(jī)胺陽離子和高分子外分散劑：陰離子型、非離子型、有機(jī)胺陽離子和高分子外表活性劑。表活性劑。n陰離子型：亞甲基二萘磺酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鹽陰離子型：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、十二烷基琥珀酸鈉、十二烷基硫酸鈉、磷酸酯等。等。n非離子型：烷基酚聚氧乙烯醚非離子型：烷基酚聚氧乙烯醚APE、脂肪醇聚氧乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚氧乙

12、烯脂肪酸酯。醚和聚氧乙烯脂肪酸酯。n高分子外表活性劑：高分子外表活性劑：n 均聚物均聚物 聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇n 共聚物共聚物 用作共聚物的單體有：異丁烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)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、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。乙烯基吡咯烷酮等。n天然產(chǎn)物產(chǎn)物分散劑：磷酯、脂肪酸、多糖、酪蛋白等。天然產(chǎn)物產(chǎn)物分散劑：磷酯、脂肪酸、多糖、酪蛋白等。3.6.3

13、固體微粒的絮凝過程 被分散粒子的去穩(wěn)定作用去穩(wěn)定粒子的相互聚集n絮凝劑flocculating agent, 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)。n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)。絮凝劑分子應(yīng)具備的特點(diǎn) 可以溶解在固體微粒的分散介質(zhì)中；可以溶解在固體微粒的分散介質(zhì)中； 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)。基團(tuán)。 陽離子外表活性劑的季銨陽離子、陰離子外表活性劑的陽離子外表活性劑的季銨陽離子、陰離子外表活性劑的羧基、磺酸基羧基、磺酸基 離子對離子對 非離子外表活

14、性劑的醚基、羥基和酰胺基等非離子外表活性劑的醚基、羥基和酰胺基等 氫鍵或離子氫鍵或離子對對 絮凝劑大分子應(yīng)具有線形構(gòu)造，并有適宜于分子伸展的絮凝劑大分子應(yīng)具有線形構(gòu)造，并有適宜于分子伸展的條件。條件。 范德華力范德華力 分子鏈有一定的長度。一部分吸附在顆粒上，另一部分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。伸進(jìn)溶液中，以便吸附旁邊的顆粒，產(chǎn)生橋連作用。 固體懸浮液中的固體顆粒外表必需有可供絮凝劑架橋的固體懸浮液中的固體顆粒外表必需有可供絮凝劑架橋的部位。部位。絮凝劑類型：絮凝劑類型：無機(jī)絮凝劑無機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑無機(jī)絮凝劑 水溶性

15、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。 無機(jī)高分子絮凝劑聚合鋁：鋁溶膠xAl(OH)3AlCl3、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/2m聚合鐵：聚合硫酸鐵Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m 有機(jī)絮凝劑n高分子絮凝劑：丙烯酰胺共聚物型陽離子絮凝劑，聚乙烯高分子絮凝劑：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外表活性劑。醇、聚乙烯基甲基醚型非離子外表活性劑。n陰離子型高分子絮凝劑：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸鹽、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

16、等，普通相對分子量大聚丙烯酸鹽等，普通相對分子量大106106才有效。才有效。n非離子外表活性劑：非離子外表活性劑： 聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯基聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型。甲基醚型。n陰離子型和非離子型主要以橋聯(lián)的方式。陰離子型和非離子型主要以橋聯(lián)的方式。n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。

17、吡咯、聚氨甲基丙烯酰胺等。3.7 外表活性劑的其他功能外表活性劑的其他功能 柔軟平滑作用柔軟平滑作用柔軟平滑性：纖維制品和毛發(fā)柔軟平滑性：纖維制品和毛發(fā)外表活性劑：有效降低纖維的靜摩擦系數(shù)外表活性劑：有效降低纖維的靜摩擦系數(shù)油劑：有效降低纖維的動摩擦系數(shù)油劑：有效降低纖維的動摩擦系數(shù)柔軟平滑的效果表示：柔軟平滑的效果表示： 柔軟平滑的效果柔軟平滑的效果=靜摩擦系數(shù)靜摩擦系數(shù)-動摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)，差值越小，效果越好。差值越小，效果越好。3.7 外表活性劑的其他功能外表活性劑的其他功能 抗靜電作用外表活性劑在合成纖維和塑料等導(dǎo)電性能差的資料外表構(gòu)成正向吸附，疏水基朝向資料外表，親水基伸向空間，纖維的導(dǎo)電性添加，產(chǎn)生放電景象，從而防止靜電積累。抗靜電劑1陽離子外表活性劑 用量