胶体与表面化学在实际中的应用(之二)

胶体与表面化学

胶体与表面化学在实际中的应用

（之二）

（2）实用技术中的胶体与表面化学

浮选分离技术的剖析

浮选分离是建立在待分离颗粒对气泡选择性固着的基础上，它是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附待分离的颗粒，使其密度小于水而上浮到水面实现固液或液液分离的过程。

气浮法处理含油污的废水

气浮法处理废水过程包括气泡产生，气泡与颗粒（固体或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤，实现气浮法分离必要条件有两个：第一，必须向水中提供足够数量的微细气泡，气泡理想尺寸为15～30μm；第二，必须使目的物呈悬浮状态或具有疏水性质，从而附着于气泡上浮升。

关键词：表面张力、附加压力、表面活性剂、比表面积、亲水基团、憎水基团、自由界面能、胶囊。

理论原理：微气泡在液体中高度分散，拥有巨大的比表面积，是一个热力学不稳定系统，因此要吸附液体中的颗粒（固体或液滴）到表面，以减小表面分子受力不对称的程度，降低表面张力及表面吉布斯函数，在恒温恒压下，这是个自发过程。

① 气泡的产生

水中通入空气或减压释放水中溶解的空气，都会产生气泡，所形成的气泡的大小和强度取决于释放空气时的各种条件和水的表面张力大小，未溶解的空气在水中受到水分子引力作用而在两相界面处产生表面张力，这种表面张力力图缩小相界面面积而产生表面张力，这一薄层水分子构成了气泡的膜。

由于表面张力的存在使气泡膜内外的压力不同，而产生了压力差Ps，称为附加压力，根据拉普拉斯方程Ps 2 （ 为表面张力， 为气泡的曲率半径）可知：a.气泡半径越小，泡内所受附加压力越大，空气分子对气泡膜的碰撞也越剧烈，因此，要获得稳定的微细气泡，就要有足够牢度的气泡膜，水中存在高分子长链物质，有助于增强气泡膜的牢度；b.在附加压力Ps不变的情况下，如能降低表面张力 ，则气泡半径r可进一步缩小，由于气泡小，浮速小，对水体的搅动也小，因此不会撞碎絮粒，气泡越小，同体积的空气形成的气泡数也越多，因此气泡与絮粒碰撞粘附的机会也越多，投加表面活性剂，可以降低水的表面张力，从而进一步缩小气泡尺寸；c.如果水中增加了溶解性无机盐，则会使表面张力提高，结果相同半径的气泡因附加压力增大而使气泡容易破裂或并大。

水中气泡粉碎得越细（意味着外加功越小）。它们的比表面积也就越大，具有的自由界

胶体与表面化学

面能也就越多，越显出热力学的不稳定性。因此，它们具有吸附水中物质，特别是吸附性能强或憎水性好的物质，而降低其表面能的趋势。

② 气泡与水中杂质絮粒的粘附

a.气泡与憎水性颗粒杂质的粘附

由于微细气泡具有更多的自由界面能，而且可能带有憎水性能。因此，它力求吸附憎水性好的物质而降低其界面能。由于憎水性颗粒杂质对水分子的引力小于水分子自身的引力，所以当其趋近微气泡时，表面的水分子不断地被拉走，直至与微气泡粘附为止。此时，它们的总比界面能减小了，减小的能量即转化为挤开气泡外膜（流动层）所作的功。当气泡与颗粒杂质粘附后，相互作用的各比界面张力必须平衡，由此可得颗粒杂质表面的憎水性越强，碰撞时，就越有可能粘附于气泡上，同时也越有可能在它的表面形成自水中析出的气泡。

b.气泡与絮粒的碰撞粘附作用

气泡和絮粒的粘附主要由以下三种因素综合作用的结果

气泡与絮粒的碰撞粘附作用

由于絮粒和微气泡都带有一定的憎水性能，它们的比表面又都很大，并且都有过剩的自由界面能。因此，它们都有相互吸附而降低各自表面能的倾向，在一定的水力条件下，具有足够动能的微气泡和絮粒相互撞击时，彼此挤开对方结合力较弱的外层水膜而靠近，当排列有序的气泡内层水膜碰到絮粒的剩余憎水基团（包括活性较大的脱稳胶粒）时，相互通过分子间的范德华力而粘附，由于絮粒柔软而易变形，而微气泡膜又有一定的弹性。因此，二者之间的碰撞是软碰撞，碰撞后，絮粒与气泡实现总粘附，粘附总越多，粘附得越多粘附得越牢。为此，絮粒的尺寸不能太小，剩余憎水基团不能太少，否则在上浮过程中，气泡容易与絮粒脱离，从而影响气浮净水的效果。

絮粒的网捕包卷和架桥作用

动能较大的微气泡撞进大絮粒网络结构的凹槽中，被游动的絮粒所包卷。

两絮粒互撞结大时，将游离在中间的自由气泡网捕进去。

已粘附着气泡的絮粒之间互撞时通过絮粒、气泡或者两者的吸附架桥而结大成为夹泡性带气絮粒。

表面活性剂参与作用

水中存在表面活性剂时，往往会影响絮粒的憎水性能以及微气泡的大小数量和牢度，当表面活性剂的剂量适中时，絮粒的附加憎水基团增加，憎水性能得以加强，从而能提高气泡的粘附牢度及其数量，使原先粘附不牢的带气絮粒因粘附性能的改善而得以去除，并因此而提高了气浮净水的效果，但如果表面活性剂的剂量过量时，则其所起的作用恰恰相反。因为过量的表面活性剂会在水中形成大量的胶囊，这些胶囊是亲水性胶团它能稳定地存在水中，这些胶囊如果粘附在絮粒的 …… 此处隐藏：857字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……