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1、二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式1、概述聚集 分散凝聚利用电解质促成絮凝利用聚合物（桥联作用） 2、基本理论： （1）溶胶的经典稳定理论DLVO理论(凝聚物理理论）由德亚盖因和兰多于1941年，弗韦与奥弗比克于1948年各自提 出。通常以四人名字的起首字母(DLVO)命名该理论。主要论点：仅考虑范德华吸引力和扩散双电层排斥力适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，且假设颗粒是粒度均等、球体形状的理想状态。这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均动能为(3/2)kT，两颗粒在相互接近时产生几种作用力: 分子范德华力、静电排斥力和水化膜阻力。总的综合作用位能为：VT = VR + VA 式中：V
2、A由范德华力（引力 ）所产生的位能；VR由静电排斥力所产生的位能。由图中曲线可见：不同溶液离子强度有不同VR曲线，VR随颗粒间的距离按指数律下降。VA只随颗粒间的距离变化，与溶液中离子强度无关。不同溶液离子强度有不同的VT曲线。(i) 在溶液离子强度较小时，综合位能曲线上出现较大位能峰(Vmax)，此时，排斥作用占较大优势，颗粒彼此无法接近，体系保持分散稳定状态。 (ii) 当离子强度增大到一定程度时，Vmax降低，当离子强度相当高时，Vmax可以完全消失。凝聚物理理论说明了凝聚作用的因素和机理，但它只适用于电解质浓度升高压缩扩散层造成颗粒聚集的典型情况，即一种理想化的最简单的体系，天然水或其
3、他实际体系中的情况则要复杂得多。（2）异体凝聚理论主要论点为：如果两个电荷符号相异的胶体微 粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电 荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的 能峰高度总是决定于荷电较弱而电位较低的一 方。天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚集方式，大体可概括如下：1) 压缩双电层凝聚：由于水中电解质浓度增大而离子强度 升高，压缩扩散层，使颗粒相互吸引结合凝聚。2) 专属吸附凝聚：胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态， 降低表面电位，即产生电中和现象，使颗粒脱稳而凝 聚。这种凝聚可以出现超荷状况，使胶体颗粒改变电荷 符号后，又趋于稳定分散状况。3) 胶体相互凝聚：两种电荷符号相反
4、的胶体相互中和4) “边对面”絮凝：这种聚集方式的结合力较弱，且具有可逆性，往往生成松散的絮凝体，是水中粘土颗粒自然絮 凝的主要方式。5）第二极小值絮凝：这种聚集属于较远距离的接触，颗粒本身并未完全脱稳，因而比较松散，具有可逆性。这种絮凝在实 际体系中有时是存在的。6) 聚合物粘结架桥絮凝：胶体微粒吸附高分子电解质而凝聚，属于专属吸附类型，主要是异电中和作用。7) 无机高分子的絮凝：无机高分子化合物的尺度远低于有机高分子，它们除对胶体颗粒有专属吸附电中和作用外，也可结 合起来在较近距离起粘结架桥作用，当然，它们要求颗粒在 适当脱稳后才能粘结架桥。以斥力势能ER, 吸力势能EA 和总势能E(=
5、ER+EA)对粒子间距离x作图, 得到如图所示的势能曲线。 聚合物粘结架桥絮凝 搭桥效应: 一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附 在许多个分散相微粒上, 通过“搭桥”把胶粒联结在一起, 引起聚沉。 8) 絮团卷扫絮凝：已经发生凝聚或絮凝的聚集体絮团物，在运动中以其巨大表面吸附卷带胶体微粒，生成更大絮团，使体系失去稳定而沉降。9) 颗粒层吸附絮凝：水溶液透过颗粒层过滤时，由于颗粒表面的吸附作用，使水中胶体颗粒相互接近而发生凝聚或絮凝。10) 生物絮凝：藻类、细菌等微小生物在水中也具有胶体性质，带电荷，可以发生凝聚。特别是它们往往可以分泌出某种高分子物质，发挥絮凝作用，或形成胶团状物质。思考题： 1、请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？2、什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸附的区别。3、请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。4、请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？
