胶体和胶体稳定性

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1、1 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6 6.1 胶体的基本性质胶体的基本性质 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 6.2 胶团表面的双电层胶团表面的双电层 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体胶体是由一种或几种物质在连续的介质中形成的分散体系是由一种或几种物质在连续的介质中形成的分散体系 一种或几种物质分散在另一种物质中构成分散体 系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。 分散体系 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 分子分散体系 胶体分散体系 粗分散体系 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在 1

2、nm1000 nm之间 的体系 之间 的体系 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体分散体系胶体分散体系 泡沫塑料 珍珠 有色玻璃 固溶胶 气 液 固 固 肥皂泡沫 牛奶 油漆 泡沫 乳状液 液溶胶 气 液 固 液 云、雾 烟、尘 气溶胶 液 固 气 泡沫塑料 珍珠 有色玻璃 固溶胶 气 液 固 固 肥皂泡沫 牛奶 油漆 泡沫 乳状液 液溶胶 气 液 固 液 云、雾 烟、尘 气溶胶 液 固 气 实例名称分散相 分散 介质 实例名称分散相 分散 介质 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 胶体分散体系胶体分散体系(按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类) 憎液溶胶 亲液溶胶 缔合胶体 憎液溶胶

3、 亲液溶胶 缔合胶体 高度分散的多相系统，热力学不稳定系统 高分子溶液，均相的热力学稳定系统 表面活性剂胶束，热力学稳定系统 高度分散的多相系统，热力学不稳定系统 高分子溶液，均相的热力学稳定系统 表面活性剂胶束，热力学稳定系统 类型类型 性质性质 憎液憎液 溶胶溶胶 大分子大分子 溶液溶液 小分子小分子 溶液溶液 胶粒大小胶粒大小 1100nm 1100nm 0）。 ）。 5 （2）pH 及其应用及其应用 处于等电点时的颗粒最不稳定，易发生团聚， 故在制备颗粒的均分散体系时应注意 处于等电点时的颗粒最不稳定，易发生团聚， 故在制备颗粒的均分散体系时应注意pH值的调节， 使其尽量远离 值的调节

4、， 使其尽量远离pH IEP 陶瓷工业中的泥浆属于粘土陶瓷工业中的泥浆属于粘土-水系统： 水系统： -电位较高，泥浆的稳定 性高。反之，当 电位较高，泥浆的稳定 性高。反之，当-电位降低，胶粒间斥力减小，逐步趋近，当 进入范德华引力范围内，泥浆就会失去稳定性，粘土粒子很快聚 集沉降并分离出清液，泥浆的悬浮性被破坏，从而产生絮凝或聚 凝现象。 电位降低，胶粒间斥力减小，逐步趋近，当 进入范德华引力范围内，泥浆就会失去稳定性，粘土粒子很快聚 集沉降并分离出清液，泥浆的悬浮性被破坏，从而产生絮凝或聚 凝现象。 污水处理，压缩双电层，越小越好污水处理，压缩双电层，越小越好 6.2 胶团 表面的双电层胶

5、团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 在研究两种颗粒相互包覆的时候，应选择在两种颗 粒的等电点 在研究两种颗粒相互包覆的时候，应选择在两种颗 粒的等电点pH IEP之间的之间的pH值范围内进行包覆，为研究 问题的方便，常用到 值范围内进行包覆，为研究 问题的方便，常用到pH图图 pH 0 mV mV pH图图 （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位

6、电位 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 Y(NO3)3、尿素、尿素、PVP 、PSA微球微球 (NH2)2CO H2O 2NH3 CO2 NH3 H2O NH4 OH CO2 H2O CO32 2H Y3 OH CO32 Y(OH)CO3 Y3 3OH Y(OH)3 pH值较低时，以碱式碳酸盐为主：值较低时，以碱式碳酸盐为主： Y3 (NH2)2CO 3H2O Y(OH)CO32 NH4 H （2）pH 及其应用及其应用 6.2 胶团 表面的双电层胶团 表面的双电层 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 ? 以以PSA微球为模板包覆

7、法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 024681012 pH Zeta potentials/mv c b a 三种颗粒随pH值变化的电位图三种颗粒随pH值变化的电位图 PSA微球（乳胶粒），微球（乳胶粒），3.2 Y(OH)CO3颗粒，颗粒，4.3 Y(OH)COY(OH)CO3 3PSA核壳微球，5.6PSA核壳微球，5.6 （2）pH 及其应用及其应用 6.2.2 双电层中的动电位电位双电层中的动电位电位 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 其包覆机理

8、主要为高分子微球表面的静电吸附作用， 其动力学过程取决于 其包覆机理主要为高分子微球表面的静电吸附作用， 其动力学过程取决于pH值变化速率值变化速率 ? 以以PSA微球为模板包覆法制备微球为模板包覆法制备Y2O3空心球壳空心球壳 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 双电层静电斥力 空间位阻 溶剂化作用 热力学不（亚）稳体系 重力 双电层静电斥力 空间位阻 溶剂化作用 热力学不（亚）稳体系 重力 不稳因素稳定因素不稳因素稳定因素 Brown运动运动 Brown运动运动 6 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3 胶体稳定理论胶体稳定理论 (1)DLVO理论理论静

9、电稳定理论静电稳定理论 (2)空间稳定理论空间稳定理论吸附高聚物稳定胶体吸附高聚物稳定胶体 (3)空位稳定理论空位稳定理论自由高聚物稳定胶体自由高聚物稳定胶体 胶体和胶体稳定性胶体和胶体稳定性 6.3.1.1 DLVO理论理论经典稳定理论经典稳定理论 6.3.1 胶体稳定理论胶体稳定理论 带电胶粒之间存在着两种相互作用力：双电层重叠时 的静电斥力和粒子间的长程范德华吸引力，它们相互作用 决定了胶体的稳定性。 带电胶粒之间存在着两种相互作用力：双电层重叠时 的静电斥力和粒子间的长程范德华吸引力，它们相互作用 决定了胶体的稳定性。 当吸引力占优势时，溶胶发生聚沉；当吸引力占优势时，溶胶发生聚沉；

10、当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于布朗运动而当排斥力占优势，并大到足以阻碍胶粒由于布朗运动而 发生碰撞聚沉时，则胶体处于稳定状态。发生碰撞聚沉时，则胶体处于稳定状态。 2 0 2 exp()1 64 2 exp() exp()1 2 i Ze an kT kT Uh Ze kT = + R E 两球形粒子双电层 重叠时的排斥能： 两球形粒子双电层 重叠时的排斥能： Hh 6.3.1.1 DLVO理论理论 提高粒子排斥能可从两个方面考虑：提高粒子排斥能可从两个方面考虑： a）提高胶粒的表面电位a）提高胶粒的表面电位 b）增大扩散双电层的厚度b）增大扩散双电层的厚度 a : 粒子半径粒子半径

11、n0: 溶液中电解质浓度溶液中电解质浓度 : 扩散双电层厚度的倒数扩散双电层厚度的倒数 Z : 离子价数离子价数 : 粒子表面电势粒子表面电势 h : 粒子之间的距离粒子之间的距离 12 A Aa E h = A：哈默克（：哈默克（Hamaker） 常数，粒子的物质属性， 与其组成和性质（如极化率、密度、介电常数）有 关，一般在 ） 常数，粒子的物质属性， 与其组成和性质（如极化率、密度、介电常数）有 关，一般在 10-2010-19J之间。 两球形粒子的 范德华吸引能： 之间。 两球形粒子的 范德华吸引能： 6.3.1.1 DLVO理论理论 h a : 粒子半径粒子半径 h : 粒子之间的距

12、离粒子之间的距离 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 6.3.1.1 DLVO理论理论 混合前体系的范德华吸引能 混合后体系的范德华吸引能 混合前体系的范德华吸引能 混合后体系的范德华吸引能 1100 A EEE=+ 1011010 A EEEE=+ 1111 6.3.1.1 DLVO理论理论 11001011010 EEEEE+=+ 假设粒子半径相同，间距相同：假设粒子半径相同，间距相同： 1011100102 AAAA=+ A101: 两个相同粒子在分散介质中的两个相同粒子在分散介质中的Hamaker 常数；常数； A11：两个相同粒子

13、在真空中的：两个相同粒子在真空中的Hamaker 常数；常数； A00：分散介质的：分散介质的Hamaker 常数常数 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 1111 7 6.3.1.1 DLVO理论理论 101110010 2 AAAA=+ 由分散相及分散介质的由分散相及分散介质的Hamaker 常数确定常数确定 分散相在分散介质中的分散相在分散介质中的Hamaker 常数常数 1/2 101100 () AAA=? 1/21/22 1011100 () AAA= Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸

14、引能的影响： 1111 6.3.1.1 DLVO理论理论 A）两粒子在真空或介质中总存在范德华吸引能）两粒子在真空或介质中总存在范德华吸引能 1/21/22 1011100() AAA= B）介质的存在会减少粒子间的范德华吸引能，即介质的 存在是稳定胶体的重要因素 ）介质的存在会减少粒子间的范德华吸引能，即介质的 存在是稳定胶体的重要因素 C）当）当A11A00时，时，A1010，即分散相与分散介质的性质相 同时，粒子间的吸引力消失而成为稳定胶体。 ，即分散相与分散介质的性质相 同时，粒子间的吸引力消失而成为稳定胶体。如果胶粒形成 溶剂化层，因溶剂化层与介质性质相同，胶体稳定 如果胶粒形成 溶

15、剂化层，因溶剂化层与介质性质相同，胶体稳定。 D）减少）减少A11与与A00之间的差别，即选择尽量与分散相性质 相近的分散介质有利于提高胶体的稳定性 之间的差别，即选择尽量与分散相性质 相近的分散介质有利于提高胶体的稳定性 溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力 Hamaker 常数常数A（分散介质分散介质）对粒子吸引能的影响：）对粒子吸引能的影响： 6.3.1.1 DLVO理论理论 n：折光指数：折光指数 球形粒子间总作用能球形粒子间总作用能 2 0 2 exp()1 64 2 Eexp() 12 exp()1 2 RA Ze an kTAa kT EEh Ze h kT =+= + 6.3.1.1 DLVO理论理论 Emax ER EA E 势 能 势 能 h 第一最小值 第二极小值 第一极小值 第二极小值 第一极小值 0 Emax ER EA E 势 能 势 能 h 0 a b 第二极小值第二极小值 第一极小值第一极小值 形成疏松 的聚沉物 形成疏松 的聚沉物 形成结构紧 密而又稳定 的沉积物 形成结构紧 密而又稳定 的沉积物 6.