浆体的胶体化学原理剖析.ppt

第八章 浆体的胶体化学原理 浆 体：溶胶-悬浮液-粗分散体系混合形成的一种流动的物体，包括粘土粒子分散在水介质中形成的泥浆系统、非粘土的固体颗粒形成的具有流动性的泥浆体； 普通陶瓷的注浆成型用泥浆、施釉用的釉浆是典型的粘土－水系统浆体； 精细/先进陶瓷的注射成型用的浆体、热压铸法的蜡浆都是浆体的应用； 研究浆体的流动性、稳定性以及悬浮性、触变性等，对于制备无机材料具有重要意义； 本章重点讨论粘土－水系统所形成的泥浆、非粘土的固体颗粒形成的具有流动性的泥浆体的胶体行为。 §8-1 粘土-水系统胶体化学 粘土-水系统性质： 1、粘土矿物细（0.1μm到10μm）→表面积↑ →表面能↑→有降低表面能的趋势→团聚 2、粘土带负电荷吸附水化阳离子； 3、是介于溶胶—悬浮液—粗分散体系之间的一种 特殊状态。 * 概 述 一．粘土的荷电性 1809年卢斯发现分散在水中的粘土粒子在电场作用下向阳极移动，说明粘土粒子是带负电的。粘土的电荷可分为负电荷，两性电荷和净电荷等三种。 1、负电荷 1）负电荷产生的原因 （1）主要是由粘土晶格内的同晶置换所引起的 a、蒙脱石：[AlO4(OH)2]中的Al3+被Mg2+、Fe2+取代，还有少量[SiO4]中的Si4+被Al3+取代，尽管少数负价离子吸附其它阳离子而饱和，但仍有大多数不能中和，故蒙脱石总显负电； b、伊利石：[SiO4]中1/6的Si4+被Al3+取代，出现的剩余负电荷大部分被层间的K+、H+、Ca2+所平衡，只有少部分负电荷对外表现出来； c、高岭石：存在少量的Al3+对Si4+的同晶置换。 （2）吸附在粘土表面的腐植质离解 （腐植质羧基或酚羧基的氢解离而引起） 粘土-RCOOH←→粘土-RCOOˉ+ H+ 陈腐的目的是产生有机物（腐植质） （3）粘土边面断裂，活性边面上破键而产生两性电荷 （高岭石带电主要原因） 2)负电荷的分布：大部分分布在层状硅酸盐的板面。 可以吸附水化阳离子以中和负电荷，达到电荷平衡。因同晶置换产生的负电荷量介质无关，因腐植质离解产生的负电荷量与介质有关，在碱性介质中有利于H+离解而产生更多的负电荷。 2、两性电荷 高岭石中同晶置换较少，断键是高岭石带电的主要原因，而使其边面（平行于C轴的面）带两性电荷。 ①高岭石处在酸性介质中 pH6，边面带正电； ②高岭石处在中性介质中 pH≈7，边面不带电； ③高岭石处在碱性介质中pH8，边面带负电； 3、净电荷：粘土所带正、负电荷的代数和。 净电荷=粘土负电荷+粘土正电荷 二、粘土的离子交换 1、粘土的离子交换 粘土因带负电荷而吸附介质中的阳离子，该阳离子又可被介质中其它电价高、浓度大的阳离所交换。 2、阳离子交换的特点 a．同号离子相互交换； b．离子以等当量交换； c．交换和吸附是可逆过程； d. 离子交换不影响粘土本身的结构。 离子吸附和离子交换是一个反应中同时进行的两个不同过程，离子吸附是粘土颗粒与阳离子之间相互作用；离子交换则是阳离子之间的相互作用。Ca2+由溶液转移粘土颗粒上→离子吸附过程，Na+由粘土颗粒到溶液→解吸的过程。吸附和解吸的结果→Na+、Ca2+相互换位→阳离子交换。 Na+ Na+ 粘土+ Ca2+←→Ca-粘土+2Na+ 利用粘土的阳离子交换性质可以提纯粘土及制备吸附单一离子的粘土： X-树脂 + Y-粘土←→Y-树脂 + X-粘土 X : 单一阳离子，Y: 多种阳离子 3、阳离子交换量（cation exchange capacity,c.e.c） PH=7时每一百克干粘土所吸附阳离子的物质的量。 其单位为 ：mmol 100~150 75~150 10~40 20~40 3~15 阳离子 交换容量( mmol/100g土) 蛭石 蒙脱石 伊利石 多水高岭石 高岭石 矿物 4．影响阳离子交换量的因素 ①粘土的矿物组成： 晶格取代愈多的粘土，其交换容量愈大 a．蒙脱石同晶置换较多，晶格层间结合较疏松，遇水易膨胀而分裂成细片，颗粒分散度高，交换量大； b．伊利石层状晶胞间结合很牢固，遇水不易膨胀，K+牢牢地固定在晶层之间，只有少量K+参与交换反应，故其交换容量比蒙脱石小； c．高岭石中同晶置换极少，只有破键是吸附阳离子的主要原因，故其交换容量最低。 蒙脱石阳离子交换量 伊利石 高岭石 ② 粘土细度：细度↑→交换量↑ 高岭石的阳离子交换主要是由破键引起的，颗粒越细，交换容量显著增加，蒙脱石的阳离子交换主要是由