1、ClayWaterSuspension 1高分子化合的穩定作用高分子化合的穩定作用高分子化合物的穩定作用高分子化合物的穩定作用高分子化合物穩定作用的實驗規律高分子化合物穩定作用的實驗規律ClayWaterSuspension 2高分子化合物的穩定作用高分子化合物的穩定作用保護作用：在溶膠中加入一定量的高分子化合物或締保護作用：在溶膠中加入一定量的高分子化合物或締合膠體，能顯著提高溶膠對電解質的穩定性的現象（合膠體，能顯著提高溶膠對電解質的穩定性的現象（又稱空間穩定性，又稱空間穩定性，steric stability）。）。產生穩定作用的原因是高分子化合物吸附在溶膠粒子產生穩定作用的原因是高分子

2、化合物吸附在溶膠粒子的表面上，形成一層高分子保護膜，包圍了膠體粒子的表面上，形成一層高分子保護膜，包圍了膠體粒子，把親液性基團伸向水中，并具有一定厚度，所以當，把親液性基團伸向水中，并具有一定厚度，所以當膠體質點在相互接近時的吸引力就大為削弱，而且有膠體質點在相互接近時的吸引力就大為削弱，而且有了這一層粘稠的高分子膜，還會增加相互排斥力，因了這一層粘稠的高分子膜，還會增加相互排斥力，因此增加了膠體的穩定性。此增加了膠體的穩定性。ClayWaterSuspension 3高分子化合物穩定作用的實驗規律高分子化合物穩定作用的實驗規律具有最少量的能覆蓋溶膠粒子固體表面的高分子具有最少量的能覆蓋溶膠粒

3、子固體表面的高分子化合物才有穩定作用化合物才有穩定作用溶膠被保護以后，它的一些物理化學性質，如電溶膠被保護以后，它的一些物理化學性質，如電泳、對電解質的敏感性等，會產生顯著的變化。泳、對電解質的敏感性等，會產生顯著的變化。高分子穩定劑的結構特點：吸附基高分子穩定劑的結構特點：吸附基(與膠粒有很強與膠粒有很強的結合力的結合力)和水化基和水化基(或穩定基，與溶劑有很強的或穩定基，與溶劑有很強的親合力親合力)高分子的分子量：分子量越高，高分子在膠粒上高分子的分子量：分子量越高，高分子在膠粒上形成的吸附層就越厚，穩定效果越好形成的吸附層就越厚，穩定效果越好ClayWaterSuspension 4高分

4、子化合物穩定作用的實驗規律高分子化合物穩定作用的實驗規律金數、紅數：衡量各種高分子化合物對溶膠的穩金數、紅數：衡量各種高分子化合物對溶膠的穩定能力。定能力。金數：金數： 0.0006%金溶膠金溶膠10ml在加入在加入10% NaCl溶溶液液1 ml后后18小時內不聚沉小時內不聚沉(聚沉時金溶膠由紅變蘭聚沉時金溶膠由紅變蘭)所需要的高分子化合物最少毫克數所需要的高分子化合物最少毫克數 （Zsigmondy提出）。提出）。紅數：紅數： 0.001%的剛果紅溶膠的剛果紅溶膠100ml 在在0.16mol KCl作用下，十分鐘內不變色所需要的高分子化作用下，十分鐘內不變色所需要的高分子化合物的最少毫克

5、數。合物的最少毫克數。ClayWaterSuspension 5天然高分子化合物的保護作用名稱金數(mg)紅數(mg)明 膠0.00182.500鉻蛋白鈉0.0100.400血紅蛋白0.050.800蛋 白0.152.00淀 粉25.0020.00皂 素15.00-ClayWaterSuspension 6HVOHVO理論簡介理論簡介Hesselink、Vrij、Overbeek等人用熱力學、統等人用熱力學、統計力學方法研究高分子溶液的形態，用于闡明高計力學方法研究高分子溶液的形態，用于闡明高分子對溶膠的穩定作用。分子對溶膠的穩定作用。理論要點：理論要點：吸附在固體表面的高分子形態有三種：臥式

6、（吸附在固體表面的高分子形態有三種：臥式（train）、環式（環式（loop）和尾式（和尾式（tail）。）。 固體表面上高分子不是簡單的單分子層，而是具有一固體表面上高分子不是簡單的單分子層，而是具有一定的分布形式，分布形式可用鏈節密度描述定的分布形式，分布形式可用鏈節密度描述吸附在固體表面的分子與溶液中的分子呈平衡狀態吸附在固體表面的分子與溶液中的分子呈平衡狀態膠體粒子發生相互碰撞時，吸附量不變膠體粒子發生相互碰撞時，吸附量不變限制膠體粒子相互靠近的相斥位能源于體積限制效應限制膠體粒子相互靠近的相斥位能源于體積限制效應和滲透壓效應和滲透壓效應ClayWaterSuspension 7a 體

7、積限制效應體積限制效應b 滲透壓效應滲透壓效應ClayWaterSuspension 8ClayWaterSuspension 9ClayWaterSuspension 10高分子穩定作用的熱力學說明高分子穩定作用的熱力學說明覆蓋了高分子的溶膠粒子，由于布朗運動，粒子覆蓋了高分子的溶膠粒子，由于布朗運動，粒子間會產生碰撞，碰撞結果：間會產生碰撞，碰撞結果：斥力大于引力斥力大于引力引力大于斥力引力大于斥力0GR 體系穩定體系穩定0GR 體系失穩體系失穩0STHGRRR 膠體的稱穩定方式RHRSnnSTH/RG穩定方式11焓3任意焓-熵結合ClayWaterSuspension 11粘土粘土水懸浮

8、體水懸浮體1 粘土溶膠粘土溶膠2 粘土懸浮體的穩定性粘土懸浮體的穩定性3 高分子化合的穩定作用高分子化合的穩定作用4 高分子化合物的絮凝作用高分子化合物的絮凝作用ClayWaterSuspension 12 高分子化合物的絮凝作用高分子化合物的絮凝作用 早就發現，在溶膠或懸浮體內加入極少量的可溶性高分早就發現，在溶膠或懸浮體內加入極少量的可溶性高分子化合物，可導致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀子化合物，可導致溶膠迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮狀，這類沉淀為絮凝物，這種現象稱為絮凝作用。，這類沉淀為絮凝物，這種現象稱為絮凝作用。 高分子的絮凝作用與電解質的聚沉作用不同高分子的絮凝作用與電解質的聚沉

9、作用不同 電解質所引起的聚沉過程比較緩慢，所得沉淀顆粒緊電解質所引起的聚沉過程比較緩慢，所得沉淀顆粒緊密、體積小，這是由于電解質壓縮了溶膠粒子的擴散雙密、體積小，這是由于電解質壓縮了溶膠粒子的擴散雙電層所引起的。電層所引起的。 高分子的絮凝作用是由于吸附了溶膠粒子以后，高分高分子的絮凝作用是由于吸附了溶膠粒子以后，高分子化合物本身的鏈段旋轉和運動，相當于本身的子化合物本身的鏈段旋轉和運動，相當于本身的“痙攣痙攣”作用，將固體粒子聚集在一起而產生沉淀。作用，將固體粒子聚集在一起而產生沉淀。ClayWaterSuspension 13絮凝作用絮凝作用吸附吸附橋聯橋聯成網成網下沉下沉ClayWate

10、rSuspension 14絮凝作用的特點絮凝作用的特點 起絮凝劑作用的高分子化起絮凝劑作用的高分子化合物一般要具有鏈狀結構合物一般要具有鏈狀結構 任何絮凝劑的加入量都有任何絮凝劑的加入量都有一最佳量，此時的絮凝效一最佳量，此時的絮凝效果最好，超過此值絮凝效果最好，超過此值絮凝效果就下降，若超出很多，果就下降，若超出很多，反而起了保護作用。反而起了保護作用。 最佳量大約為固體表面吸最佳量大約為固體表面吸附高分子化合物達到飽和附高分子化合物達到飽和時的一半吸附量。時的一半吸附量。 分子量越大則架橋能力越分子量越大則架橋能力越強，絮凝效率也越高。強，絮凝效率也越高。ClayWaterSuspens

11、ion 15ClayWaterSuspension 16絮凝作用的特點絮凝作用的特點高分子化合物的基團性質與絮凝有關，有良好絮高分子化合物的基團性質與絮凝有關，有良好絮凝作用的高分子化合物至少應具備有能吸附于固凝作用的高分子化合物至少應具備有能吸附于固體表面的基團，同時這種基團還能溶解于水中，體表面的基團，同時這種基團還能溶解于水中，所以基團的性質對絮凝效果有十分重要的影響。所以基團的性質對絮凝效果有十分重要的影響。影響絮凝效果的其他因素影響絮凝效果的其他因素混合均勻混合均勻攪拌緩慢攪拌緩慢絮凝劑溶液濃度低絮凝劑溶液濃度低投藥速度慢投藥速度慢容器性質及形狀等容器性質及形狀等選擇性絮凝作用選擇性

12、絮凝作用ClayWaterSuspension 17 全絮凝作用 選擇性絮凝作用ClayWaterSuspension 18絮凝過程的微觀動力學絮凝過程的微觀動力學若固體粒子表面上被高分子吸附所覆蓋的分數是若固體粒子表面上被高分子吸附所覆蓋的分數是，沒有被吸附的空白表面分數是沒有被吸附的空白表面分數是1-。假定膠體假定膠體粒子在絮凝過程中的減少速度也類似雙分子反應粒子在絮凝過程中的減少速度也類似雙分子反應，那么在溶膠內粒子減少速度為，那么在溶膠內粒子減少速度為)1 (nk)1 (nnkdtdn211 式中式中n是單位體積內粒子數，是單位體積內粒子數，n表示已被高分子在表面上表示已被高分子在表面

13、上覆蓋部分，覆蓋部分， 要產生絮凝作用要求在固體表面上的高分子要與另外粒要產生絮凝作用要求在固體表面上的高分子要與另外粒子固體表面的空白部位聯結，才能產生橋聯作用，因此子固體表面的空白部位聯結，才能產生橋聯作用，因此粒子消失速度正比于粒子消失速度正比于nn(1-)。ClayWaterSuspension 19 若膠體粒子達到某一聚集度時，絮若膠體粒子達到某一聚集度時，絮凝物就有一定大小，假設絮凝物是凝物就有一定大小，假設絮凝物是球形，它的半徑為球形，它的半徑為，那么從絮凝那么從絮凝物中脫離出來的生成初級粒子的速物中脫離出來的生成初級粒子的速度即解絮凝的速度，為度即解絮凝的速度，為2dnk ad

14、t 此式的條件是此式的條件是若不吸附高分子若不吸附高分子(=0)，絮凝物將自行裂解絮凝物將自行裂解若粒子完全為高分子覆蓋若粒子完全為高分子覆蓋(=1)，高分子無法架橋高分子無法架橋若粒子表面有一半為高分子覆蓋，這樣最易架橋若粒子表面有一半為高分子覆蓋，這樣最易架橋，5 . 0 dndt dndt dndt最小ClayWaterSuspension 2022222212(1)(1)kanKnk122)1 (kk )1 (akdtdn2 )1 (ak)1 (nk221 要滿足以上條件，只有要滿足以上條件，只有絮凝作用的最佳狀態應當是絮凝物穩絮凝作用的最佳狀態應當是絮凝物穩定，生成絮凝物的濃度與解離

15、絮凝物定，生成絮凝物的濃度與解離絮凝物的速度相同，即的速度相同，即絮凝物半徑絮凝物半徑只有當只有當 時，時，a才是最大值，是絮凝的最佳條件才是最大值，是絮凝的最佳條件0.5ClayWaterSuspension 21 h0界面初始高度界面初始高度 ht時刻界面高時刻界面高度度 若在開始時絮凝面沉降速度為若在開始時絮凝面沉降速度為v0，絮絮凝物的最后的沉降體積的高度為凝物的最后的沉降體積的高度為hf經驗常數經驗常數和和的物理意義是的物理意義是thht0 絮凝物界面移動（下降）過程由絮凝物界面移動（下降）過程由如下經驗公式來描述如下經驗公式來描述01v01fhh公式滿足的條件：公式滿足的條件： 固

16、體粒子含量相當高；絮凝作用進行的快而完全固體粒子含量相當高；絮凝作用進行的快而完全ClayWaterSuspension 22高分子絮凝劑結構高分子絮凝劑結構非離子型：聚丙烯酰胺、聚氧乙烯以及淀粉等。非離子型：聚丙烯酰胺、聚氧乙烯以及淀粉等。陽離子型：水解聚丙烯酰胺，聚丙烯酸鈉等。陽離子型：水解聚丙烯酰胺，聚丙烯酸鈉等。陽離子型：聚胺、聚苯乙烯三甲基氯化銨等。陽離子型：聚胺、聚苯乙烯三甲基氯化銨等。兩性型：兩性型： 動物膠、蛋白質等動物膠、蛋白質等ClayWaterSuspension 23大作業大作業粘土粘土膠體化學在膠體化學在的應用的應用ClayWaterSuspension 24課后練習

17、題課后練習題 列舉表面張力列舉表面張力的測量方法、任選其中的三種方法，通過的測量方法、任選其中的三種方法，通過推導演繹說明其測量原理和局限性。推導演繹說明其測量原理和局限性。 在一根平躺著的半徑均勻變化的兩端開口的玻璃毛細管在一根平躺著的半徑均勻變化的兩端開口的玻璃毛細管中有一段水柱中有一段水柱（如圖所示）（如圖所示） 。6一問：水柱將自動向哪個方向移動？一問：水柱將自動向哪個方向移動？二問：在什么條件下水柱才靜止不動？二問：在什么條件下水柱才靜止不動？如果毛管長度為如果毛管長度為L，半徑分別為，半徑分別為r和和R，管內水柱體積為毛管總體，管內水柱體積為毛管總體積的一半，接觸角為積的一半，接觸角為，試給出平衡時水柱，試給出平衡時水柱A、B的位置。的位置。ClayWaterSuspension 25課后練習題課后練習題應用溶膠的光學特性說明天空呈現蔚藍色、而太應用溶膠的光學特性說明天空呈現蔚藍色、而太陽呈現橙色的原因。陽呈現橙色的原因。根據膠體分散體系的力學性質，說明在重力場和根據膠體分散體系的力學性質，說明在重力場和超離心力場下進行粒度分布分析所適用的顆粒尺超離心力場下進行粒度分布分析所適用的顆粒尺寸范圍。寸范圍。應用擴散雙電層理論，計算在應用擴散雙