DLVO

DLVO理论简介3.1胶体的稳定性•几个概念–分散体系、分散相（各种物质）、分散介质（水）–例：以水为分散介质的分散体系，按分散相颗粒尺寸分类真溶液（均相分散体系）：分散相以原子、离子或是小分子的形式；胶体溶液：分散相1nm～100nm，能使光散射，表现为浊度悬浮液：分散相粒径大于胶体，能使光散射，表现为浊度胶体和悬浮颗粒是水产生混浊的主要原因，而且是各种细菌、病毒和污染物的载体，故必须去除。胶体物质的含量通常以浊度表征，因此又称为除浊。3.1胶体的稳定性•胶体粒子带电的原因：1、晶格取代作用：–如黏土的硅氧四面体中的一个Si4+被Al3+或Mg2+取代，则会分别产生1或2个负电荷。同晶置换产生的电荷,其符号与数量均由相互置换的原子种类和数量决定,与分散介质无关。3.1胶体的稳定性•胶体粒子带电的原因：２、表面化学基团的电离：如蛋白质是两性物质，在酸性介质中羧酸基电离受抑制，胺基从水中获取一个质子带正电，在碱性介质中则相反，羧酸基电离出一个质子，而带负电。－NH2+H2O→－NH3++OH-－COOH→－COO-+H+水相特性(PH值)对胶体表面电荷具有重要影响。3.1胶体的稳定性３、与水作用后溶解并电离：某些胶体先与水分子发生反应后发生电离释放阴或阳离子到水中，使胶体颗粒带电。如天然硅酸盐胶体：SiO2+H2O→H2SiO3H2SiO3→2H++SiO32-3.1胶体的稳定性４、对水中某些离子的吸附作用:自身不能离解的胶体物质,从水中吸附H+、OH-或溶液中其他离子而带电。范德华力、氢键或配位键均有利于胶体对离子的吸附。优先吸附原则：优先吸附与自身组分相似的离子。碘化银胶体：AgNO3+KIAgI+KNO3胶体颗粒所带电荷的符号和数值取决于分散体系的组成和特性。胶体的双电层结构•胶体的结构胶核：必须满足胶体定义的要求（1nm～100nm）电位形成离子：通过上述途径吸附的离子使胶体产生表面电荷吸附反离子：吸附在胶体表面的相反电荷的离子i.约束反离子ii.自由反离子[(SiO2)m·nSiO32-,2(n-x)H+·yH2O]2x-·2xH+胶核吸附层胶粒电位形成离子双电层内层双电层外层束缚反离子自由反离子扩散层胶团滑动面ⅠδdⅡ胶核滑动面ζの图6-1胶体双电层结构示意胶体双电层内部离子排列分布模式•1、赫尔姆霍茨1879年平板电容器模型•2、古伊、查普曼1913年扩散双电层模型•3、斯特恩1924年Stern模型胶团的电位胶团总电位：双电层内层（胶粒表面）与外层（溶液）之间的电位差。用φ0表示。Stern电位：Stern平面上相对于溶液内部的电位差。φs动电位：胶体滑动面上相对于溶液内部的电位差。ζφ0＞φs＞ζ胶团的电位扩散层中任意点的电位与胶团总电位的关系：kxe0x-与胶体颗粒表面的距离；k-其倒数为具有长度因次的物理量，通常k的倒数即为双电层厚度。Φ0与φs绝对值难以测得，动电位ζ可用专门仪器测得。胶体动电位DEuK可用测定胶体颗粒的电泳速度或扩散层反离子的电渗速度，通过公式计算得到。K－与胶体颗粒形状有关的常数，球形为6，棒形为4；η－液体的粘滞系数（绝对粘度）；u－相对液体的胶粒移动速度，cm/s；D－液体的介电常数；E－电场，V/m。3.1.2胶体之间的相互作用胶体颗粒之间同时受到两种力作用，即范德华引力和静电斥力。吸引力与排斥力的相对大小决定胶体颗粒聚集沉淀或是保持各自稳定分散。20世纪40年代，前苏联学者Derjaguin、Landau和荷兰的Overbeek、Verwey分别独自提出了胶体颗粒间的吸引势能和排斥势能的计算方法，即DLVO理论。DLVO理论当两个胶体颗粒发生交联时：两个胶体颗粒间的排斥势能：ER≈1/2εaφ02e-kx两个胶体颗粒间的吸引势能：EA≈-Aa/12x式中：ε－介电常数；Φ0－胶团总电位，a－球形胶粒的半径；x—球形胶团颗粒表面间距；k－双电层厚度的倒数，A－Hamaker常数，与粒子性质有关DLVO理论图6-2相互作用势能与颗粒距离关系（a)双电层重叠；(b)势能变化曲线rrEmaxEa0c(a)ErEa吸引势能EA排斥势能ER间距xER≈1/2εaφ02e-kxEA≈-Aa/12x胶体颗粒吸引与排斥势能与粒间距离的关系讨论：•x→0时，EA→∞，ER→C，ET＜0→聚集；–x较大时，EA，ER→0，ET→0，胶粒只受热运动和溶剂化作用；–x与双电层厚度为同一数量级时，ET可能会表现为正值，存在一个势垒Emax，若胶体无法克服势垒，则会保持稳定，不能聚沉。ETEREA0间距x当两个胶体颗粒由远靠近时，首先起作用的是排斥势能ER，如果能够克服势能能峰进一步靠近，直到某一距离时吸引势能EA开始起作用，而且两胶体颗粒愈近，吸引势能EA愈强。如果排斥势能ER大于吸引势能EA，胶体颗粒能保持稳定，相反则会发生凝聚。