《表面现象对水处理的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面现象对水处理的影响（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、表面现象对水处理的影响（市政工程 0829016郭竹玲）摘要：表面现象是自然界普遍存在的，表面上的分子和内部的分子状态不同， 因而能量各异。在废水处理中表面现象影响着水处理的效果，表面活性剂和乳化 液对水处理的效果影响尤为显著，本文将对表面现象进行阐述。关键字：表面现象表面活性剂乳化液废水处理表面现象是自然界普遍存在的，表面上的分子和内部的分子状态不同，因而 能量各异。但表面分子除了受到本相内分子作用外，还受到另一方气相分子的作 用。1. 表面张力在一定温度、压力和组成下，增加系统单位表面时，系统表面吉布斯函数的 增量在物理学上被称为表面张力。是物质分子间引力的量度，与分子的极性有关。表面张力
2、还与温度有关，一般随温度升高而降低，当温度升高到临界温度时， 液气之间的界面消失，表面张力为零。2. 表面活性表面活性是指降低表面张力的能力，是一种相对概念，决定于溶液成分的表 面张力之间的相对大小。液体分子在和空气等接触的表面会形成一层特殊的结构，表现为表面张力或 表面能。表面活性剂加入后，由于表面活性剂分子结构中含有亲水基团和憎水基 团，因而在溶液中极易从内部跃迁到界面上显著降低溶剂的表面张力。同时，当表 面活性剂达到一定浓度时，它的吸附强度就会增大。硅单晶片表面颗粒污染物的 去除，正是利用表面活性剂的吸附性将颗粒从硅片表面解吸并包裹颗粒，从而保 证了硅片表面的清洁度。能使表面张力系数a明
3、显变小的物质称为表面活性物质，也可以说若一种物 质甲能显著降低另一种物质乙的表面张力系数，就说甲对乙具有表面活性。表面 活性剂作用实际上相当一种参杂作用。水是最重要的溶剂，一般来说能显著降低 水的表面张力系数的溶质称为表面活性剂。因为水溶液中的溶质分子有疏水基团 与亲水基团之分,它们在水中会形成各种有序的表面层。因而降低了水的表面张 力系数，从而产生融湿或反融湿，乳化或破乳，起泡或消泡等一系列表面化学和表 面物理作用。2.1. 表面活性剂的力学性质在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却 不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受 到液面
4、外部气体分子的吸引。如果前者的作用比后者大，在液体表面层中,每个分 子将受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，这种吸引力是表面上的分子向 内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而 做功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能 就是表面自由能。通常将使水的表面张力降低的性质，称为表面活性；凡是能够使体系的表面 状态发生明显变化的物质,都称为表面活性物质。而常常把随着溶液浓度的增加， 溶液的表面张力先是急剧地下降，到了一定浓度后，表面张力趋于恒定值的这类 物质称为表面活性剂。表面活性剂是精细化工领域的重要产品,不仅具有很高的 活性，而且还具
5、有独特的渗透、湿润和反湿润、乳化和破乳、发泡和消泡、洗涤、 分散与絮凝、抗静电、防腐蚀、杀菌、润滑和加溶等应用性能而且，在改进生产 工艺,提高产品质量,节约能源，降低成本等方面发挥了巨大作用，素有“工业味 精”之美称。2.2. 表面活性剂的分类及性质表面活性剂的种类繁多，目前普遍认为，以它的结构来分类比较合适。一般以 亲水基团溶于水后亲水基团是否解离，解离成何种离子为依据，分为离子性和非 离子性两大类。离子性表面活性剂在水中分离，形成带阳电荷或带阴电荷的憎水 基。前者称为阳离子表面活性剂,后者称为阴离子表面活性剂，在一个分子中同时 存在阳离子基团和阴离子基团者称为两性表面活性剂。非离子表面活性
6、剂在水中 不电离，呈电中性。此外，还有一些特殊类型的表面活性剂。2.3表面活性剂的结构特征表面活性剂的分子具有共同的结构特征一它是由两种不同极性的原子基团 组成,一种是亲水疏油的极性基团,与水分子的作用力较强;一种是由疏水亲油的 碳氢链组成的非极性基团，与水分子不易接近，却容易与“油”性分子接近。这两 部分分别处于表面活性剂分子的两端，为不对称的分子结构，由于表面活性剂的 两性分子结构特征，决定了它的两亲性，因此这种分子具有一部分可溶于水,而另 一部分易自水中逃逸的双重性,结果造成表面活性剂分子在其水溶液中很容易被 吸附于气-水（或油-水）界面上形成独特的定向排列的单分子膜。正是由于表面活 性
7、剂在溶液表面（或油水界面）的定向吸附的这一特征，使得表面活性剂具有很多 特有的表面活性。根据所需要的性质和具体应用场合不同,有时要求表面活性剂 具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额 及在分子结构中的位置,可以达到所需亲水亲油平衡的目的。3. 乳化液乳化液是以一种液体分散到另一种互不相溶的液体中所形成的系统，要形成 高浓度的乳化液就要加入稳定剂即稳定剂，乳化剂的作用可以认为是：当它被吸 附在表面上，一方面降低了液体的表面张力，另一方面由于乳化剂的定向排列， 因此在表面形成一种坚固的弹性薄膜，从而制止了液滴间的相互接触，以致使它 们不发生聚结作用，达到保护的作用。
8、3.1乳化液理论3.1.1相体积理论这个理论是ostwa1d（19l0年）从几何观点提出的。有一堆大小相同的团球， 在最密堆积时，圆球应占总体积的74. 02%，余下的25. 98%是空的。ostwald 指出，分散相体积分数6大于0.74时，液珠堆积的紧密程度已超过其最大可能 值，因此必然导致现状液的变型或破坏。换言之，对一定的体系而言，相体积分 数在0.26至0.74之间时；W/O与O/w两种类型乳状液均可形成，但6 0.74时，”只存在一种类型的乳状液。3.1.2 Bancroft 规则Bancroft （1913年）认为，界面上乳化剂形成吸附膜， 膜的一边与水接触， 另一边与油接触，故
9、有两个界面张力（Y膜/水与Y膜/油）。他主张，界面张力低的液 相形成外相，因为只有达样才得合能量最低原则:因此，Y膜/水Y膜/油时生成W /O型乳状液；反之，则得O/W型的。由于乳状液中的吸附膜往往只有单分子 厚，四此，这种膜的两边存在两个不同的界面张力的看法是过于简单化了，而且， 这两个界面张力如何确定也是问题。为避免这些缺点，Bancroft又提出，油水 两相中，对乳化剂溶度大的一相成为外相。这是一个具有很大真实性的规则。碱 金属的皂是水溶性的，故形成O/W型乳状液，二价与三价金属皂是油溶性的， 它们初形成W/O乳状液。这一规则与两面膜的说法是一致的，因为溶度大表示 乳化剂与该相的亲合力大
10、，相应地共界面张力必然较低。3.1.3聚结速度理论1957年Davies提出了一个关于乳状液类型的定量理论。他认为，在乳化剂、 油、水一起摇荡时，油相与水相都破裂形成液滴。乳化剂吸附在液滴的界面上， 以后发展成何种乳状波，则取决于两类液滴的聚结地区：如果水滴的聚结速度远 大于油滴的，则形成O/W乳状液；如果油滴的聚结速度远大于水滴的，则形成 W/O乳状液；如果二者的聚结速度相近，则相体积大者构成外相。3.2破乳与破乳剂有时我们希望破坏乳状液，以达到两相分离的目的，这就是所谓破乳。原油 脱水、污水中去除油珠，以及自牛奶中提取奶油等都是破乳过程。破乳可以用物理方法达到。例如用离心法分离牛奶中的奶油
11、。原油脱水可利 用静电破乳，在高压电场下带电的水珠往电极附近放电，聚结成大液滴，沉降后 即达到油水分离的目的。利用超声波加速液珠间的聚集，也是工业上常用的破乳 手段。另一类破乳方法是物理化学方法，其原则是破坏吸附在界面上的乳化剂，使 共失去乳化能力.例如，将酸加到用碱金属皂稳定的乳状液中，使皂变成脂肪酸， 乳状液因此而破坏。更常用的是使用破乳剂。破乳剂也是一种表面活性剂，它具 有相当高的表面活性，因此能将界面上原来存在的乳化剂顶替走；但破乳剂分手 一般具有分支结构，不能在界面上紧密排列成牢固的界面膜，从而使乳状液的稳 定性大大降低。一种常用的原油破乳剂是环氧乙烷与环氧丙烷共聚而成的聚醚表 面活
12、性剂（Pluronrc）。它的界面活性很高，容易吸附在水滴与油的界面上，但分 子链柔性甚强，极性基因（聚氧乙烯链）及非极性部分（聚氧丙烯链）都很大，分子 间不易紧密排列，界面膜强度差，水滴容易聚结而破乳。对于用固体格末作乳化剂的乳状液，破坏的方法是加入润湿剂，使固体完圣 为一相所润湿，从而脱离界面区而进入水相或油相。倘若加入润湿剂后，Y so y wo+Y sw，则固体跑入水相中；若Y swY so+Y wo，则固体跑入油相中。无 论那一种情形，乳状掖均会破坏。当然.所加入的润湿剂本身不应有强的乳化能 力。总之破坏乳状液的方式有：1加入电解质降低电势，使其聚结，从而净化水 质，2高电压法，3化
13、学破坏法4吸附膜的破坏5加热法6机械搅拌。结语： 综上所述，表面现象在水工业中的应用将比较广泛。可以预见，随着表 面现象的应用研究日益深入，它在水工业中的应用将会受到越来越多的重视，这 将推动水工业向更深层次发展。参考文献【1】 石国乐，张凤英.给水排水物理化学M.中国建筑工业出版社.2004【2】 蒋文贤.特种表面活性剂M.北京：中国轻工业出版社.1995【3】 曹亚,李惠林.高分子表面活性剂在固/液界面上的吸附J.物理【4】化学学报，1999.15【5】 徐燕莉，表面活性剂的功能M.北京:化学工业出版社.2000【6】 刘程,表面活性剂应用大全M.北京工业大学出版社.1992【7】陈先斌，于春华.浅谈表面活性剂及其在消防中的应用J.消防技术与产品信息【8】常致成.表面活性剂在水处理剂中应用最新进展J.大连油脂化学厂
