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水的混凝胶体的结构及ζ电位

日期:2018/1/26 15:04:55 来源:巩义市大千净化材料有限公司

混凝是水处理中重要的工艺,而混合和絮凝是混凝工艺的两个阶段。为提高混凝效果,关在在于根据原水性质选择合适的药剂,创造合适的化学和水力条件。

水中胶体稳定性的原因主要有:

1、微粒的布朗运动;

2、胶体颗粒间的静电排斥力;

3、胶体颗粒表面的水化作用。

胶体结构及其ζ电位:

下图为:胶体粒子的双电层结构及其电位分布示意图。由图片可见粒子的中心,是由数百以至数万个分散相固体物质分子组成的胶核。在胶核表面,有一层带同号电荷的离子,称为电位离子层,电位离子层构成了双电层的内层,电位离子所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷,其电性正负和数量多少决定了双电层总电位的符号和胶体粒子的整体呈现为电中性。为了平衡电位离子所带的表面电荷,液相一侧必须存在众多电荷数与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离子,称为反离子。反离子层构成了双电层的外层,其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着,并随胶核一起运动,称为反离子吸附层。吸附层的厚度一般为几纳米,它和电位离子层一起构成胶体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受电位离子的引力较弱,受热运动和水合作用的影响较大,因而不随胶核一起运动,并趋于向溶液主体扩散,称为反离子扩散层。扩散层中,反离子浓度呈内浓外稀的递减分布,直至与溶液中的平均浓度相等。

胶体粒子结构及其电位分布图.jpg

固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面(Sliding Surface)。当胶核与溶液发生相对运动时,胶体粒子就沿滑动面一分为二,滑动面以内的部分是一个作整体运动的动力单元,称为胶粒。由于其中的反离子所带电荷数少于表面电荷总数,所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的电性与电位离子的电性相同,其数量等于表面电荷总数与吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成电中性的胶体粒子(即胶团)。

胶核表面电荷的存在,使胶核与溶液主体之间产生电位,称为总电位或Ψ电位。胶粒表面剩余电荷,使滑动面与溶液主体之间也产生电位,称为电动电位或ζ电位。图中的曲线AC和BC段分别表示出Ψ电位和ζ电位随与胶核距离不同而变化的情况Ψ电位和ζ电位的区别是:对于特定的胶体,Ψ电位是固定不变的,而ζ电位则随温度、pH值及溶液中的反离子强度等外部条件而变化,是表征胶体稳定性强弱和研究胶体凝聚条件的重要参数。

根据电学的基本定律,可导出ζ电位的表达式为:

胶体ζ电位的表达式.jpg

由式可见,在电荷密度和水温一定时,ζ电位取决于扩散层厚度δ,δ值愈大,ζ电位也愈高,胶粒间的静电斥力就愈大,胶体的稳定性愈强。

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