电动力学第二章课件.pptVIP

４.１吸附　 　　　１.１非电解质的吸附 　　　１.２电解质吸附　 ４.２纳米微粒的分散与团聚 　　　２.１微粒的分散 　　　２.２微粒的团聚 ４.３流变学 　　　３.１典型胶体悬浮液的黏性 　　　３.２纳米Ａl2Ｏ3悬浮液的黏度 　　　３.３磁性液体的黏度 　　　３.４双电层对黏性的影响 1.非电解质的吸附 非电解质是指电中性的分子，它们可通过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静电引力吸附在粒子表面。其中主要是以氢键形成而吸附在其它相上。例如，氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的吸附过程中氧化硅微粒与有机试剂中间的接触为硅烷醇层，硅烷醇在吸附中起着重要作用。上述有机试剂中的Ｏ或N与硅烷醇的羟基(OH基)中的H形成0—H或N—H氢键，从而完成SIO2微粒对有机试剂的吸附，如图1所示。 影响吸附的两大因素： 1、受粒子表面性质的影响； 2、受吸附相的性质影响。 即使吸附相是相同的，但由于溶剂种类不同吸附量也不一样。例如，以直链脂肪酸为吸附相，以苯及正己烷溶液为溶剂，结果以正己烷为溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量比以苯为溶剂时多，这是因为在苯的情况下形成的氢键很少。从水溶液中吸附非电解质时，pH值影响很大，pH值高时，氧化硅表面带负电，水的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。 电解质在溶液中以离子形式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定， 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于物理吸附。 上述两层构成双电层。 双电层中电位分布可用一表示式来表明，例如把Cu离子—黏土粒 子之间吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原点，在溶液中任意距离ｘ的电位可用下式表示： 　　　　　　 　　pH值对氧化物表面带电状况的影响 对纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值不同可带正电、负电或呈电中性。 二.纳米微粒的分散与团聚 １.分散 现实问题： 在纳米微粒制备过程中，纳米微粒表面的活性使它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体，这给纳米微粒的收集带来很大的困难。 解决办法：用物理方法（或化学方法）制备的纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集。尺寸较大的粒子容易沉淀下来．当粒径达纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻止它们沉淀而形成一种悬浮液(水溶胶或有机溶胶)。这种分散物系又称作胶体物系，纳米微粒称为胶体。即使在这种情况下，由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象仍可能发生。如果团聚一旦发生，通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力，从而使小颗粒分 散于分散剂中。 为防止小颗粒团聚可采取的几种措施： a、加入反絮凝剂形成双电层 反絮凝剂的选择可依纳米微粒的性质、带电类型等来定。即：选择适当的电解质作分散剂，使纳米粒子表面吸引异电离子形成双电层，通过双电层之间库仑排斥作用使粒子之间发生团聚的引力大大降低，实现纳米微粒分散的目的。例如，纳米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在水中的pH高低不同(带正电或负电)，因此可选Na+，NH4+或Cl-，NO3-异电离子作反絮凝剂，使微粒表面形成双电层，从而达到分散的目的。 　b、加表(界)面活性剂包裹微粒 为了防止分散的纳米粒子团聚也可加入表面活性剂，使其吸附在粒子表面，形成微胞状态，由于活性剂的存在而产生了粒子间的排斥力，使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产生。对于磁性纳米微粒，由于颗粒之间磁吸引力，很容易团聚，加入界面活性剂（如油酸）使其包裹在磁性粒子表面，造成粒子间排斥作用，避免了团聚体的生成。 实验论证： 　PaPell在制备Fe304的磁性液体时就采用油酸防止团聚，达到分散的目的。具体的办法是将约30μm的Fe304粒子放人油酸和n庚烷中进行长时间的球磨，得到约10nm的Fe304微粒稳定地分散在 n庚烷中的磁流体，每个Fe304微粒均包裹了一层油酸。 理论依据： 　RosensWeig从理论上计算了磁性粒子外包裹的油酸层所引起的排斥能,假设油酸吸附的强磁性微粒之间的关系如下图所示，那么排斥能量V可表示成 磁性液体中吸附厚度为δ的强磁 性微粒的示意图(r为粒子半径) 其中N为单位体积的吸附分子数,δ为吸附层的厚度,h为粒间距函数(h=(R/r)-2)，当粒子接触时，h＝0，随粒子分离距离加大，h增大。对δ＝10?，吸附分子数为3.3X1014，磁性粒子直