第1讲 绪论、胶体的制备与性质.ppt

1、界面化学,主讲:王业飞,第一讲,本课程使用教材： 胶体与表面化学第二版，沈钟、王果庭编著， 化学工业出版社，1997年9月。 参考教材： 1.表面化学，顾惕人、朱步瑶、李外郎等编著， 科学出版社，1999年。 2.应用胶体化学，侯万国、孙德军、张春光编著， 科学出版社，1998年。 3.表面活性剂物理化学，赵国玺编著， 北京大学出版社，1984年1月。,绪 论,一、什么是胶体,胶体溶液：分子或离子分散体系，分子直径100nm 胶体：分子直径1100nm（10-910-7m ）,一、什么是胶体,胶体的种存在形式,分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶或溶胶(sol)；水溶胶；固溶胶；气溶胶。,一般经

2、常研究的为溶胶(憎液胶体)：具有大的表面积，居于多相的不稳定体系。 此外还有一类：高分子溶液(亲液胶体)。,绪 论,二、胶体与表面化学研究的内容,胶体体系特点：具有大表面，表面现象多。 可以说表面化学是胶体化学的一个分支。,二、胶体与表面化学研究的内容,现代胶体科学的研究内容,二、胶体与表面化学研究的内容,现代胶体科学的研究内容,绪 论,三、胶体化学发展简史,三、胶体化学发展简史,胶体化学的应用,1.油田开发：钻井液（稳定、絮凝、解卡、消泡）；稠油乳化 降粘开采；原油脱水与破乳；污水处理；微乳液与三次采油 2.农 业：土壤中的离子交换；农药乳化与分散 3.生物学和医学：生物流变学；血液学；渗透

3、与膜；病毒、蛋白 质；制药与药理学 4.日用品：洗涤剂、化妆品、乳制品、胶囊制品 5.轻工业：表面处理、陶瓷、涂料 6.环境科学：水净化、人工降雨 7.分析化学：离子交换，胶束增溶 8.材 料：水泥、合金、液晶 9.海洋科学：海水淡化膜,第一章 胶体的制备与性质,第一章 胶体的制备与性质,一、分散法,1.研磨 使用球磨机和胶体磨。 如硫磺、水、表面活性剂制得疏水胶体分散体，是一种农药，可防治农作物的红蜘蛛等，硫磺的粒度越小，药效越好。分散法在工业上有应用。,2.超声波分散法 广泛用于实验室制备乳化液。 如右图在电极上加高频高压 交流电，使石英片发生同频机械振 荡，此高频机械波经变压器油传入 试

4、管内后，即产生相同频率的疏密 交替波，对分散相产生很大的撕碎 力，从而使分散相均匀分散。,图1-1 超声波乳化分散原理图 1-石英片；2-电极；3-变压器油；4-盛分散体系的试管,一、分散法,3.胶溶法 如许多不溶性沉淀，当加入少量某种可溶性物质或洗去体系中 过多的电解质时，能自动地分散变成胶体。这种使沉淀变成胶体的方 法叫做胶溶法。所加可溶性物质叫胶溶剂，这个过程叫胶溶作用。,如：新生成的Fe(OH)3沉淀 +稀FeCl3 Fe(OH)3溶胶(棕红色)。 原因：沉淀颗粒吸附Fe3+离子带正电荷。,如：新生成的Fe(OH)3沉淀 +适量稀FeCl3 Fe(OH)3溶胶。 原因：加入的胶溶剂能和

5、颗粒表面分子发生反应，生成可溶性化合物。,如：AlCl3+MgCl2中加入稀氨水，形成混合金属氢氧化物沉淀(MMH)，用水洗涤沉淀，并放置一定时间，沉淀即可胶溶。,二、凝聚法,二、凝聚法,晶核的生成速度V1 ，晶核的成长速度V2。 若V1V2，则溶液中形成大量晶核，所得粒子的分散度较大，有利于形成溶胶。 若V2V1，所得晶核极少，而晶核成长速度很快，故粒子得以长大并产生沉淀。,三、单分散溶胶,所谓单分散胶体就是颗粒的大小、形状和化学组成完全一致的溶胶，一般制得溶胶均是多分散性的。在合适的条件下，可制得均匀溶胶，为形状和组成一样，但大小分布十分狭窄的溶胶体系。,三、单分散溶胶,单分散胶体的制备影

6、响因素复杂：如试剂纯度和浓度、pH值、老化时间、老化温度、添加剂性质与浓度、搅拌方式、容器清洁程度等，所以实验重演条件苛刻。,单分散胶体制备原则,三、单分散溶胶,单分散胶体制备原则,C 分散相的浓度； S 分散相在介质中的溶解度，(CS)则为过饱和度， (CS)/S为相对过饱和度浓度，K为比例系数。 D 扩散系数。,三、单分散溶胶,单分散胶体制备原则,（1）爆发性生核法 在一段时间内生成大量的核（V1V2）， 以后不再生成核，只有生长过程（V1V2）， 这样得到的胶体颗粒大小均一。,（2）种晶法 在浓度低于最小成核浓度的体系中加入预先 制备好的分散程度极高的胶粒作晶种，让溶质在 晶种上缓慢沉积

7、，从而得到单分散溶胶。,三、单分散溶胶,单分散胶体制备原则,颗料间接触时经常发生粘附，有时还会发生接触重结晶，即溶质从颗粒的其它部位溶解，而在接触点处沉积，从而使颗粒接合在一起。显然避免颗粒聚结对制备单分散胶体十分重要。常用以下方法：,（1）利用颗粒周围双电层的排斥作用； （2）利用凝胶结构或微孔液结构； （3）使用保护剂，如水溶性高分子或表面活性剂， 它们吸附在颗粒表面上，阻止颗粒间的聚结。,三、单分散溶胶,单分散胶体制备原则,三、单分散溶胶,单分散胶体制备原则,例如，用柠檬酸、EDTA等和高价金属离子形成结合物，使大量的金属离子以络合物的形式存在于溶液中，在生长阶段，络合物逐渐地释放金属离

8、子，保持适当的过饱和度，以避免生核和聚结。 利用络合物来制备单分散胶体被认为是最有前途的技术之一。,四、超细颗粒,10-910-7m（1nm-100nm）的固体粒子称为超细颗粒 (Ultrafine particle)，但此定义还有不同见解。 材料科学上称为超细粉末(Ultrafine powerder，UFP)。 由于粒径很小，在晶体结构、表面特性和电子结构等 方面和块状物质明显不同，从而能量显示出优异的特性。 在工业中获得了广泛的应用，如高效催化剂、电子材料、 精密陶瓷原材料、医药等。 与纳米技术一样，成为各国高科技竞争的热点之一。,五、颗粒粒度分布及其测定,沉降天平示意图,1. 重力沉降

9、法,粒子半径r与沉降速度v 的关系式为：,五、颗粒粒度分布及其测定,1. 重力沉降法,对于多分散体系，沉降曲线是抛物线形状。通过不同时间所对应的点作切线，得到各个时间的切线在纵坐标上的截距w。理论分析证明，时间间隔ti(ti+1-ti)所对应的截距差就为Wi(Wi+1-Wi)是半径为ri微分的重量，沉降的总重量为W，把ti代入上式得出ri，则Wi就为粒径为ri 级分的重量，其百分含量为：,测定过程中不断称量t时间内的沉淀重量w，用沉淀重量w对沉降时间t作图得沉降曲线。,五、颗粒粒度分布及其测定,1. 重力沉降法,五、颗粒粒度分布及其测定,2. 离心分析法,通过测定光透过率I 随时间的变化，可得到粒子浓度的变化，根据粒子在离心场中的沉降方式，可推导出下式：,f(wi)为重基频率，表