03-3环境化学第三章__水环境化学概论.pptx

二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 1、概述 2、基本理论： （1）溶胶的经典稳定理论——DLVO理论(凝聚物理理论） 由德亚盖因和兰多于1941年，弗韦与奥弗比克于1948年各自提出。通常以四人名字的起首字母(DLVO)命名该理论。 主要论点： 仅考虑范德华吸引力和扩散双电层排斥力 适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中，且假设颗粒是粒度均等、球体形状的理想状态。这种颗粒在溶液中进行热运动，其平均动能为(3/2)kT，两颗粒在相互接近时产生几种作用力: 分子范德华力、静电排斥力和水化膜阻力。 总的综合作用位能为： VT = VR + VA 式中： VA—由范德华力（引力） 所产生的位能； VR—由静电排斥力所产 生的位能。 由图中曲线可见： ①不同溶液离子强度有不同VR曲线，VR随颗粒间的 距离按指数律下降。 ②VA只随颗粒间的距离变化，与溶液中离子强度 无关。 ③不同溶液离子强度有不同的VT曲线。 (i) 在溶液离子强度较小时，综合位能曲线上出现 较大位能峰(Vmax)，此时，排斥作用占较大优 势，颗粒彼此无法接近，体系保持分散稳定状态。 (ii) 当离子强度增大到一定程度时，Vmax降低，当 离子强度相当高时，Vmax可以完全消失。 凝聚物理理论说明了凝聚作用的因素和机理，但它只适用于电解质浓度升高压缩扩散层造成颗粒聚集的典型情况，即一种理想化的最简单的体系，天然水或其他实际体系中的情况则要复杂得多。 （2）异体凝聚理论 主要论点为：如果两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力总是占优势；如果两颗粒电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度总是决定于荷电较弱而电位较低的一方。 天然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚集方式，大体可概括如下： 压缩双电层凝聚：由于水中电解质浓度增大而离子强度升高，压缩扩散层，使颗粒相互吸引结合凝聚。 专属吸附凝聚：胶体颗粒专属吸附异电的离子化合态，降低表面电位，即产生电中和现象，使颗粒脱稳而凝聚。这种凝聚可以出现超荷状况，使胶体颗粒改变电荷符号后，又趋于稳定分散状况。 胶体相互凝聚：两种电荷符号相反的胶体相互中和 “边对面”絮凝：这种聚集方式的结合力较弱，且具有可逆性，往往生成松散的絮凝体，是水中粘土颗粒自然絮凝的主要方式。 5）第二极小值絮凝：这种聚集属于较远距离的接触，颗粒本身并未完全脱稳，因而比较松散，具有可逆性。这种絮凝在实际体系中有时是存在的。 6) 聚合物粘结架桥絮凝：胶体微粒吸附高分子电解质而凝聚，属于专属吸附类型，主要是异电中和作用。 7) 无机高分子的絮凝：无机高分子化合物的尺度远低于有机高分子，它们除对胶体颗粒有专属吸附电中和作用外，也可结合起来在较近距离起粘结架桥作用，当然，它们要求颗粒在适当脱稳后才能粘结架桥。 以斥力势能ER, 吸力势能EA 和总势能E(= ER+EA)对粒子间距离x作图, 得到如图所示的势能曲线。 ? 聚合物粘结架桥絮凝 搭桥效应: 一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个分散相微粒上, 通过“搭桥”把胶粒联结在一起, 引起聚沉。 8) 絮团卷扫絮凝：已经发生凝聚或絮凝的聚集体絮团物，在运动中以其巨大表面吸附卷带胶体微粒，生成更大絮团，使体系失去稳定而沉降。 9) 颗粒层吸附絮凝：水溶液透过颗粒层过滤时，由于颗粒表面的吸附作用，使水中胶体颗粒相互接近而发生凝聚或絮凝。 10) 生物絮凝：藻类、细菌等微小生物在水中也具有胶体性质，带电荷，可以发生凝聚。特别是它们往往可以分泌出某种高分子物质，发挥絮凝作用，或形成胶团状物质。 思考题： 1、请叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？ 2、什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作 用？并说明水合氧化物对金属离子的专属吸附和非专属吸 附的区别。 3、请说明胶体的凝聚和絮凝之间的区别。 4、请叙述水中颗粒物可以哪些方式进行聚集？