胶粒的双电层理论综述.ppt

胶粒的双电层理论及应用 高分子化学与物理 曹佳乐 2014.04.09 胶粒的双电层 理论及应用 乳胶粒的形成 与结构 电解质对双 电层的作用 胶体颗粒表面 双电层之间 的相互作用 机理 稳定 与絮凝 同种电荷 胶体颗粒 相互作用 异种电荷 胶体颗粒 相互作用 乳胶粒的形成与结构 v乳胶粒：在乳液聚合时，单体进入由乳化剂形成的 胶束后经引发剂引发聚合后产生的胶体粒子 v胶粒结构： v电位离子+反离子=双电层 v胶体表面电位离子通过静电作用将溶液中的带相反 电荷离子吸附到乳胶粒周围 v反离子层： v①反离子吸附层 （stern层） v能同胶核一起运动的部分反离子由于靠近胶核，吸 附较牢 v②反离子扩散层 v反离子离胶核稍远不随胶核一起运动 v胶核表面上的电位称为热力学电位，而在扩散层表 面处的电位称为ξ（zeta）电位 vξ电位只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来 . vξ电位的大小反映了胶粒带电的程度, 其值越高表明 胶粒带电越多, 扩散层越厚. v双电层稳定原因： 在双电层中建立了静电力和扩散力之间的平衡形 成双电层后由于相同的乳胶粒具有相同的电荷，而 相同的电荷相斥，所以乳胶粒能稳定地悬浮在水相 中。

ξ电位越高，乳液就越稳定 电解质对双电层的作用 v紧密层：一般很薄，只有单层或数层离 v反离子扩散层：却很厚，其厚度与溶液中的离子强 度有关，离子强度越大，厚度越小，而高价离子对 扩散层厚度影响更大，当扩散厚度减小时，ξ电位也 随之降低，稳定性降低 v其原因：电解质对扩散层有压缩作用（直接压缩 ； 进一步把反离子压缩进紧密层，ξ电位降低，扩散层 厚度降低 v离子强度：电解质的浓度，离子价数 v高价离子：可以进入乳胶粒的扩散层和紧密层，置 换出低价离子，使双电层的离子数目减少而压缩扩 散层，降低ξ电位 v结果： v由于直接压缩，以及高价离子的离子交换和吸附作 用扩散层减小，电动电位降低，直到使全部反离 子都由扩散层进入紧密层，电动电位降为零 v这时胶团的吸附层中正负电荷相等，胶团变为电中 性，达到等电状态（等电点），消除了水乳胶体系 的稳定性 稳定与絮凝 v胶体的稳定因素：动力学稳定性、溶剂化稳定、表 面带电（双电层） v高价电解质或电解质的浓度足够大，使胶粒扩散层 压缩， ξ电位降低，胶粒间排斥作用就减弱，这时 胶粒之间就会发生凝聚 v当ξ为零时（等电点），乳胶粒最不稳定，凝聚作用 最剧烈，这就是用絮凝剂对乳液进行絮凝的机理。

v废水处理常用的絮凝剂： v① 无机盐类：硫酸铝、明矾、三氯化铁水合物 v② 无机盐类聚合物：聚合氯化铝(PAC) 、聚合硫酸 铁 v③ 有机类化合物：如高聚合的聚丙烯酸钠，聚乙烯 吡啶、聚丙烯亚胺，聚丙烯酰胺等 vPS:絮凝过程是比较复杂的物理、化学过程，迄今 为止还没有一个统一的认识（电荷中和作用、吸附/ 架桥作用 ） 带同种电荷胶体颗粒双电层相互作用 v影响因素： v双电层之间的相互作用受胶体颗粒表面性质和胶体 颗粒周围溶液两方面因素的影响 v研究不同价态组合型电解质(如1价阳离子／1价阴离 子，1价阳离子／2价阴离子)对双电层相互作用的影 响时发现 ： v①同号离子比反号离子对双电层相互作用的影响要 大，尤其是高价态的同号离子在表面电位高时影响 更大 v②相同价态的同号离子对双电层相互作用的影响差 异不大 v③双电层相互作用的程度随电解质浓度的增加而减 小 v④随着两带正电荷平面之间距离的减小，双电层相 互作用力会急剧地持续增加，而且总是表现为相互 之间的排斥力 带相反电荷胶体颗粒双电层相互作用 v胶体颗粒表面所带的电荷有正电荷和负电荷之分， 而且在一定条件下带相反电荷的胶体颗粒可以共存 于相同体系中，这种现象在自然界普遍存在。

v如热带、亚热带地区的可变电荷土壤 v由于这类土壤中含有带负电荷的高岭石和带正电荷 的铁铝氧化物，它们所带电荷相反，当共存于相同 体系时它们表面的双电层会发生相互作用，并对胶 体性质产生影响 v带相反电荷胶体颗粒之间相互作用与胶体团聚行为 的关系是人们关注的热点 v机理：由于静电引力的作用，带相反电荷的胶体颗 粒相互靠近，导致胶体颗粒表面双电层的扩散层发 生部分重叠，从而降低胶体颗粒表面的有效电荷密 度 v化学胶体领域应用： v①利用带相反电荷胶体颗粒之间的静电吸引力作用 ，将带相反电荷的胶体颗粒在一定条件下混合制成 分子膜(LB膜），这种膜的稳定性取决于带相反电 荷胶体颗粒的相互作用程度 vFrank根据带相反电荷胶体颗粒之间的静电作用， 通过自组装制成双层胶囊形的纳米材料，其形成过 程类似于胶体颗粒之间的团聚行为 vAntonio等研究带相反电荷胶体颗粒发生团聚时，内 部结构有一个特点，每一个颗粒被带相反电荷的颗 粒所包围，外围再分布相同电荷的颗粒，这样带相 反电荷的颗粒交替排列，而且随着两种胶体颗粒数 量比的变化，团聚颗粒的内部结构也发生变化 Thank you ! 。