分散和絮凝作用洗涤作用

分散和絮凝作用洗涤作用第一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的体系称为分散体系。前者称为分散相，后者称为分散介质。2.5.1分散体系和胶体(dispersedsystemandcolloid)第二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五例如：云，牛奶，珍珠第三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.5.2分散体系的分类：分散体系均相分散体系

(溶液、气体混合物）多相分散体系粗分散体系(d>10-7m)胶体(10-7m>d>10-9m)胶体溶胶（sol）大分子溶液（亲液溶胶）（憎液溶胶）第四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五Ostward根据分散相粒子的大小对分散体系进行分类：①粗分散体系：质点大于0.5μm，不能透过滤纸。包括悬浮体（分散相为固体）和乳状液（分散相为液体）。②胶体分散体系：质点为1~500nm，质点可以透过滤纸，但不能通过半透膜。若分散相为疏液性固体，称为溶胶。③分子分散体系：质点小于1nm，质点可以通过滤纸和半透膜。第五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五分散系统的分类若根据分散相和分散介质的聚集状态进行分类1.液溶胶

将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：.液-固溶胶如油漆，AgI溶胶.液-液溶胶如牛奶，石油原油等乳状液.液-气溶胶如泡沫第六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.固溶胶

将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：.固-固溶胶如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶胶如珍珠，某些宝石.固-气溶胶如泡沫塑料，沸石分子筛第七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五3.气溶胶

将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一系统，不属于胶体范围。.气-固溶胶如烟，含尘的空气.气-液溶胶如雾，云第八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五

在实际应用中，我们有时需要稳定的分散体，例如油漆涂料、印刷油墨等，有时又需要破坏分散体，使固体微粒尽快地聚集沉降，例如在湿法冶金、污水处理、原水澄清等方面。分散作用往往通过表面活性剂来实现，表面活性剂对分散作用有很大影响。第九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.5.3分散体的稳定

造成固液分散体系的不稳定性的原因：①受重力影响粒子发生沉积。多数情况下粒子较小，布朗运动在一定程度上阻止粒子下沉，但一经碰撞会聚集；②热力学不稳定性。粒子具有大的相界面和界面能。表面活性剂在固体微粒表面的吸附能够降低粒子聚集的倾向。

在水介质中，表面活性剂主要通过范德华力以疏水基吸附在粒子表面，而以亲水基（离子基团或聚氧乙烯链）伸向水介质，以静电斥力或空间位阻使分散体系稳定。在有机介质中，表面活性剂以亲水基团与粒子通过氢键、离子键等结合，而非极性的碳氢键伸向介质中，其分散作用主要靠空间位阻来实现。第十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五悬浮体的稳定性①使悬浮体粒子带有较多的电荷，形成双电层。②在粒子表面形成具有特殊结构和特殊性质的溶剂化层或吸附溶剂化层。带有吸附溶剂化层的粒子靠近或聚集必须使溶剂化层厚度减小，使排列较为有序的溶剂分子无序化，这需要做功。③微小的胶体粒子对悬浮体中的大粒子有稳定作用。

第十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.5.4分散方法：（1）机械分散法（2）超声分散法（3）电分散法（4）溶胶法第十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五表面活性剂的分散作用①降低液体介质的表面张力γLG、固液界面张力γSL和液体在固体上的接触角θ；提高润湿性和降低界面能；提高液体向固体粒子孔隙的渗透速度。②离子型表面活性剂在某些固体粒子上的吸附可增加粒子的表面电势，提高粒子间的静电排斥作用，有利于分散体系的稳定。③定向吸附有利于提高疏液型分散体系粒子的亲液性，有时可形成吸附溶剂化层。④长链表面活性剂和聚合物大分子在粒子表面形成厚吸附层，起到空间稳定作用。⑤表面活性剂在固体表面结构缺陷上的吸附不仅可降低界面能，而且可以在表面上形成机械屏障，有利于固体研磨分散。第十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.5.5分散剂分散剂（dispersingagent,dispersant）：使固体微粒均匀、稳定地分散于液体介质中的低分子表面活性剂或高分子表面活性剂。能使固体微粒表面迅速润湿，又能使固体质点间的能垒上升到足够高的表面活性剂才称为分散剂。分散剂应具备的特点：

①良好的润湿性质。在粉体表面和内孔都能润湿并使其分散；②要有助于离子的破碎，湿磨时能降低粘度。③能形成稳定的分散体系。第十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五分散剂：阴离子型、非离子型、有机胺阳离子和高分子表面活性剂。阴离子型：亚甲基二萘磺酸钠、直链烷基苯磺酸盐（LAS）、十二烷基琥珀酸钠、十二烷基硫酸钠、磷酸酯等。非离子型：烷基酚聚氧乙烯醚（APE）、脂肪醇聚氧乙烯醚和聚氧乙烯脂肪酸酯。高分子表面活性剂：①均聚物聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇②共聚物用作共聚物的单体有：异丁烯、环氧乙烷、环氧丙烷、羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮等。天然产物分散剂：磷酯、脂肪酸、多糖、酪蛋白等。第十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五聚集体：分散相粒子以任意方式和受任何因素的作用而结合在一起形成有结构或无特定结构集团的作用称为聚集作用（aggregation），形成的这些集团称为聚集体。聚集体的形成称为聚沉（congulation）或絮凝（flocculation）。聚沉和絮凝常是通用的，前者形成的聚集体较为致密；后者较为疏松，易于再分散。2.5.6絮凝第十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五絮凝剂（flocculatingagent,flocculant）：能有效促使分散体系发生聚沉或絮凝作用的外加物质。絮凝剂在很低浓度时就能使分散体系失去稳定性并能提高聚集速度的化学物质。第十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五絮凝剂分子应具备的特点①能够溶解在固体微粒的分散介质中；②在高分子链节上应具有能与固体粒子间产生桥连的吸附基团。阳离子表面活性剂的季铵阳离子、阴离子表面活性剂的羧基、磺酸基离子对非离子表面活性剂的醚基、羟基和酰胺基等③絮凝剂大分子应具有线形结构，并有适合于分子伸展的条件-范德华力。④分子链有一定的长度。一部分吸附在颗粒上，另一部分伸进溶液中，以便吸附旁边的颗粒，产生桥连作用。⑤固体悬浮液中的固体颗粒表面必须有可供絮凝剂架桥的部位。第十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五絮凝剂类型：无机絮凝剂有机絮凝剂第十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五无机絮凝剂①水溶性铝盐（硫酸铝、三氯化铝）、铁盐（三氯化铁、硫酸铁）、氯化钙、硅酸钠、盐酸、硫酸、烧碱、氢氧化钙等。②无机高分子絮凝剂聚合铝：铝溶胶（xAl(OH)3·AlCl3）、聚氯化铝（Al2(OH)nCl6-n）、聚合硫酸铝（[Al2(OH)n(SO无机絮凝剂)3-n/2]m）聚合铁：聚合硫酸铁（[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m）第二十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五有机絮凝剂高分子絮凝剂：丙烯酰胺共聚物型阳离子絮凝剂，聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型非离子表面活性剂。阴离子型高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酸盐等，一般相对分子量大（>106）才有效。非离子表面活性剂：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型。阴离子型和非离子型主要以桥联的形式。阳离子型高分子絮凝剂：无论相对分子质量大小都可以起到絮凝作用。常用类型：聚羟基丙基二甲基氯化铵、聚甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯氯化吡啶、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯、聚氨甲基丙烯酰胺等。第二十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五分散作用的应用：

涂料、印刷油墨和钻井泥浆稳定的固液分散体系絮凝作用的应用：

湿法冶金、工业污水处理和生活原水澄清等第二十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6洗涤和去污作用第二十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五洗涤：将浸在某种介质（一般为水）中的固体表面的污垢去除的过程称为洗涤。洗涤过程：加入洗涤剂以减弱污垢与固体表面的粘附作用并施以机械力搅动，借助介质（水）的冲力将污垢与固体表面分离而悬浮于介质中，最后将污垢冲洗干净。特点：多相分散体系。

分散介质种类、成分固体表面或界面污垢种类、性质第二十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6.1污垢的类型按形态分：（1）液体污垢皮脂、动植物油、矿物油（原油、燃料油、润滑油、煤焦油等）液体污垢被去除的难易程度，取决于在洗涤液存在时污垢与基物的接触角θ。θ越大越易清除。（2）固体污垢尘埃、粘土、砂、铁锈、灰、炭黑。颗粒表面有时带正电、有时带负电。固体污垢以范德华力粘附在基物表面。（3）混合污垢常常是液体污垢包围固体污垢，粘附在物品表面，去除类似与液体油类污垢。第二十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五按使用环境及情况分：（1）纤维织物上①油性污垢，大都是油溶性的液体或半固体，包括动植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、胆固醇、矿物油及其氧化物。②固体污垢。③特殊污垢，如砂糖、淀粉、食盐、食物碎屑及人体分泌物（汗、尿、血、蛋白质、无机盐）等，渗透溶于或化学吸附在纤维上。

（2）住宅污垢（3）餐具污垢（4）其他第二十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6.2污垢的粘附（1）机械力粘附固体尘土的粘附（2）分子间力粘附范德华力（包括氢键）

油污在非极性高分子板材上的粘附。若污垢和基物之间形成氢键，则很难清除。（3）静电力粘附带正电荷的炭黑、氧化铁之类的污垢附着在带负电的纤维素或蛋白质纤维表面上。（4）化学结合力粘附化学吸附黏土类极性固体、脂肪酸、蛋白质等均为电负性较大的物质，能与纤维素纤维上的羟基形成氢键或离子键；果汁、墨水、血污、重金属盐和铁锈等在纤维上形成稳定的色斑。（5）油性结合

塑料制品上的油性污垢：污垢形成一种固溶体渗透到非极性纤维（如聚酯纤维）内部

第二十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6.3洗涤过程洗涤过程复杂：润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等物理化学反应。Mcbain提出洗涤过程的反应式：固体表面·污垢+洗涤剂+介质=固体表面·洗涤剂·介质+污垢·洗涤剂·介质第二十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五洗涤剂的作用（1）降低水的表面张力，改善水对洗涤物的润湿性。洗涤剂对洗涤物品的润湿是洗涤的第一步。合成纤维的表面：聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙66、聚丙烯腈等（2）对污垢的分散和悬浮作用。阴离子型表面活性剂：

静电作用非离子表面活性剂：通过水化聚氧乙烯链产生的空间位阻来阻止污垢的聚集。第二十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6.4洗涤去污原理1、液体污垢的去除（1）卷缩机理（2）乳化机理（3）增溶机理（4）液晶形成机理（5）结晶集合体破坏机理（6）化学反应去污机理第三十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五洗涤去污原理——液体污垢的去除（1）卷缩机理水中加入表面活性剂，γOW和γSW降低，γSO不变

cosθW须变大，即θW变小

液体油污的去除程度与油污在固体表面的接触角θO（θO=180-θW）有关。第三十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五（2）乳化机理乳化去污通常借助于机械力的作用，但也有自发乳化的情形。脂肪酸、脂肪醇和胆固醇等极性油和矿物油的混合物与表面活性剂的水溶液接触时，极性油与表面活性剂发生作用而自发乳化。第三十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五（3）增溶机理增溶作用条件：

洗涤剂中表面活性剂浓度>cmc

非极性简单烃类油污极性有机物油污（脂肪醇、脂肪酸及各种极性染料等）一些高分子物质、甘油、蔗糖以及不溶于烃的染料油污苯、苯酚等油污在洗涤过程中使用的洗涤剂溶液，其中表面活性剂的浓度往往不超过cmc

离子型表面活性剂其增溶去污作用微乎其微非离子型表面活性剂，大量的油污被增溶除去第三十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五（4）液晶形成机理

水合后的表面活性剂在洗涤过程中能渗入脂肪醇和高级醇极性油污内，形成三组分液晶，很容易被洗涤液溶解而除掉。（5）结晶集合体破坏机理黏附在衣物上的烃和甘油（6）化学反应去污机理脂肪酸类油污在碱性洗涤液中发生皂化反应，生成水溶性脂肪酸皂而被溶解除去。第三十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2、固体污垢的去除固体污垢通常在一些点上与表面接触和黏附，黏附作用主要来自范德华力，其它力（静电力）则次要得多。

静电引力可加速空气中灰尘在固体表面的黏附，但不增加黏附强度。固体污垢与固体表面的黏附强度受多种因素的影响

随接触时间的延长和空气湿度的增大而增强；处于水中的被洗涤物，其表面与固体污垢的黏附力比在空气中小得多。第三十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五（1）润湿机理无机固体污垢，形成双电层（2）扩散溶胀机理表面活性剂与水分子渗入有机固体污垢后不断扩散，并使污垢发生溶胀、软化，经机械作用，即在水流冲击下而脱落下来，再经乳化清除。固体污垢越大越易被去除，而小于0.1μm的污垢颗粒，由于牢固地吸附在固体表面很难去除。第三十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五Lange分段去污过程：

第Ⅰ阶段：固体污垢P直接黏附于固体表面S的状态；

第Ⅱ阶段：洗涤液L在固体表面S与固体污垢P的固-固界面上铺展；洗涤液能否在物体和污垢表面铺展或润湿与各界面的表面张力有关。

>0，洗涤液可以在固-固界面上铺展。

第Ⅲ阶段：固体污垢P分散、悬浮于洗涤液L中。第三十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.6.5影响洗涤作用的因素（1）表面（或界面）张力

液体油污的去除：乳化和分散，防止油污再沉积

固体油污的去除：洗涤剂的表面张力和织物与污垢之间的固-固界面张力（2）表面活性剂在界面上的吸附状态

没有吸附就没有洗涤剂的洗涤功能。（3）表面活性剂的结构

第三十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五表面活性剂在界面上的吸附状态处于固液界面上被吸附的表面活性剂分子的方向性对洗涤起重要作用。

非极性固体表面（聚酯或尼龙）：阴离子和非离子表面活性剂性能良好；亲水性表面（棉等）：阴离子型好于非离子型。

非离子表面活性剂在低浓度下，去除油污和防止油污再沉积能力高于具有类似结构的阴离子表面活性剂。两性型表面活性剂：吸附行为与离子型和非离子型表面活性剂相似。具有抗硬水性好、温和、生物降解性、抗静电性和杀菌性能优异等优点。

一般很少采用阳离子表面活性剂做洗涤剂。

第三十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五（3）表面活性剂的结构①在溶解度允许的范围内，表面活性剂的洗涤能力随疏水链增长而提高；②疏水链的碳原子数给定后，直链的表面活性剂比支链的有更大的洗涤能力；③亲水基团在端基上的表面活性剂较亲水基团在链内的洗涤效果好；④对于非离子表面活性剂，当洗涤液的温度略低于表面活性剂的浊点时可达到最佳洗涤效果；⑤对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，聚氧乙烯链长度增大，洗涤能力下降。第四十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.