养殖水环境化学-第七章 重点.docVIP

第七章：水环境中的胶体与界面作用 第一节：胶体 胶体基本知识 （一） 胶体的基本概念 胶体：胶体是物质存在的一种特殊状态，它普遍存在。 1.胶体分类 在常见的物理化学教材科书中，胶体被定义为“任何线性直径在10-9 m到10-6 m间的粒子”，即胶体粒径大小范围为1～1000 nm，故也可以称其为“纳米粒子”。所以在透过0.45 μm微孔膜的水样中，除了真正的溶解态组分外，还存在着胶体。在实际研究工作中，可将胶体粒子定义为“能透过0.45 μm微孔膜，但却能被可截留相对分子质量1000以上物质的超滤膜所保留的粒子”。 胶体分为两类：亲液胶体和憎液胶体。如蛋白质、明胶等容易与水形成胶体的溶液叫做亲液胶体，而那些本质上不溶于介质的物质，必须经过适当处理后，才可将它分散在某种介质中的，叫做憎液胶体。 凡分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶，分散介质为气体的则称为气溶胶，而分散介质为固体的则称为固溶胶。 2.胶体的结构 胶体表面带电后，由于静电引力的关系，可从溶液中再吸附一些荷电相反的粒子（称为“反离子”），它们与胶体表面保持一定的距离。离表面近的反离子，受的引力较大，总是随胶体粒子一起移动，故合称为“固定层”，也称吸附层。离胶体表面更远的反离子，由于受到的引力较小，在胶体粒子移动是，它们并不随之移动，称为“扩散层”。 胶粒=校核+吸附层 胶团=胶粒+扩散层反离子 [胶核│n表面离子+（n-x）反离子]x±·x反离子± （二） 胶体的电学性质 1. 胶体粒子表面电荷的由来 （1）电离 一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。 （2）离子吸附 分散相对表面对电解质正负离子不相等的吸附，从而使其表面获得电荷。 具有水合作用的物质（如蛋白质、多糖等）表面不太容易吸附离子，而疏水物质的表面（如脂类表面）则比较容易吸附离子（Dunan J.Shao，1983）。 （3）晶格取代 晶格取代也是黏土粒子带电的原因之一。 2. ξ－电位 这种当分散相和分散介质做相对运动时，吸附层和扩散层之间存在的电位差称为电动电位，用希腊字母ξ－（Zeta）表示，又称为ξ－电位。ξ－电位与总电位差不同，只有在固液两相做相对运动时，才能表现出来。 3.胶体的稳定性及其影响因素 在1940-1948年由前苏联学者和荷兰学者建立的DLVO理论认为：胶体质点之间存在着互相吸引力，即范德华力，也存在着互相排斥力，即双电层重叠时的静电排斥力。当粒子之间吸引力占主导时，溶胶就发生聚沉；当静电排斥力占优势，并能阻止粒子因碰撞而聚沉时，胶体就处于稳定状态。 除了胶粒带电的原因以为，胶体的稳定性还有另一个原因，那就是水化作用。通过水化作用，在胶粒的外面，组成一个水化薄膜层，它阻止了胶粒的互相碰撞而引起的合并，使溶胶具有一定的稳定性。 水环境中的胶体 水环境中胶体的种类 水环境胶体分为三类：无机胶体、有机胶体和无机—有机复合胶体。其中无机胶体主要指黏土矿物胶体和水合氧化物胶体，有机胶体主要指各种可溶性和不溶性的腐殖质。电镜发现许多胶体是2～5 nm的聚集体，Isao等的研究也显示，海水中95%的胶体粒子为非生物体，其大部分由有机物质组成。 黏土矿物胶体 成分主要为铝硅酸盐，具片状晶体结构。黏粒边缘产生负电荷原因： —SiOH + OH- ←→ —SiO- + H2O —AlOH + OH- ←→ —AlO- + H2O 黏粒矿物分为： 高岭石类 由一层硅氧片和一层水铝片组成一晶层，称1:1型晶格，或称两层型黏土矿物。化学式为Al(SiO10)(OH)8，其理论成分为：SiO2 66.7%，Al2O3 28.3%，H2O 5%。 蒙脱石（又称微晶高岭石） 由两层硅氧片和一层水铝片组成一晶层，又称2:1型晶格，或称三层型黏土矿物。化学式为(OH)4Si8Al4O20·nH2O或Al4· (Si4O10)2(OH)4· nH2O 其理论成分为：SiO2 46.54%，Al2O3 39.50%，H2O 13.96%。 伊利石（又称云太石或水化云母）类 伊利石类矿物的晶格与蒙脱石相似，亦成为2:1型晶格。 蒙脱石：K0Si8O20(OH)4 伊利石：K0～2Al4(Si8～6)O20(OH)4 白云母：K2Al4(Si8 Al2)O20(OH)4 水合氧化物胶体 代表为褐铁矿（Fe2O3·nH2O）、水化赤铁矿（2Fe2O3·H2O）、针铁矿（Fe2O3·H2O）、水铝石（Al2O3·H2O）和三水铝石（Al2O3·3H2O），还有二氧化硅凝胶，其中蛋白石（SiO2·nH2O）是最主要的代表。 腐殖质胶体 海水中的腐殖质约占有机物总量的6%～30%，腐殖质是自然界有机物经过微生物分解、再合成的从黄色到