第七章水环境中的胶体与界面作用.ppt

第七章 水环境中的胶体与界面作用 一、基本知识 胶体粒子—任何线形直径在10-9m到10-6m之间的粒子”即胶粒大小范围为1-1000nm . 胶体的结构——胶体粒子及细微粘土粒子，由于分散度高，总表面积大，通过选择吸附作用，从溶液中吸附一定离子，或者由于粒子表面基团的电离、水解等，使得胶体粒子等表面总呈带电状态。 水环境中胶体的种类 1 .粘粒矿物胶体 2.水合氧化物胶体:褐铁矿、水化赤铁矿 3.腐殖质胶体 4.悬浮胶体物质 二.胶体的吸附作用? 表面吸附——吸附剂和吸附质之间通过分子间力所产生的吸附，又称为物理吸附。 离子交换吸附——胶体对介质中各种离子的吸附，属一种物理化学吸附，这种现象的发生与胶体微粒带有电荷有关，又称极性吸附。 化学吸附——吸附剂和吸附质之间发生了化学作用，由于化学键力引起的吸附称为化学吸附。 专属吸附——在这种吸附中，除化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力在起作用。 气—液界面的吸附与气浮分离作用 气泡的形成及在其气——液界面上的吸附作用，水体中具有表面活性的物质连同可与其结合的其他各种形态物质一起被选择性地富集于液相表面膜中，这种现象称为气提作用或泡沫浮选作用。 在天然水或各种人工养殖水环境中由各种条件所形成的气泡因为与水之间极大的密度差的作用总是很快就上升至液面，形成被一薄层液膜隔开的气泡聚集物。到达水面形成的泡沫，其气泡的寿命通常并不很长，不稳定的泡沫只能保持几秒钟至十几秒钟，较稳定的泡沫也只不过维持几分钟、十几分钟。 吸附与气浮分离作用的运用: 1.在水生生物培养研究中人们常常利用气提作用于除去或收集水体中的有机物。在人工养殖水环境中，可借助机械鼓气的方法，产生泡沫，使溶解性有机物质聚集于气——液界面，并在泡沫破裂时成为不溶性有机碎屑从而降低有机负荷，增加碎屑饵料。 2.许多研究结果表明，有机物在浮游植物的生长过程中有着不容忽视的作用，有机氮、有机磷化合物同样可以被浮游植物、微生物等直接或间接地吸收利用。胶体粒子由于其表面富集了有机物质和营养成分，更容易被微生物分解利用。 胶体的凝聚作用 一、絮凝作用 1.絮凝与凝聚 ?胶体粒子互相碰撞，终于相互聚集成沉淀析出的过程称为“凝结”。由于所得到的沉淀常为絮状物，因此又称为“絮凝作用”。在胶粒及粘土微粒絮凝沉淀时，总是把水中共存的一些可沉降或非沉降性物质结合一起沉出，故又称为“混凝作用”。 胶体体系的分散相与分散介质之间有着很大的分界面，这就使它们保持了很大的表面能，胶粒就有自动聚集减少表面能的倾向，因此胶粒合并而成为较大粒子的过程就很容易发生。水环境中存在着一些稳定剂，它们通常为一定量的电解质，有时候是表面活性物质或高分子电解质，其作用是阻碍微粒相互凝集，使其保持原来分散度。如果降低或消除胶体稳定剂的作用，分散微粒则可通过碰撞结合成聚集体而沉淀，这叫聚沉或凝聚。 2.天然水中凝聚剂的种类: 无机凝聚剂——分无机低分子凝聚剂和无机高分子凝聚剂。 有机凝聚剂——主要是天然和人工合成的水溶性高分子聚合物，如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸酯等。 常用的无机阳离子凝聚剂有： 三氯化铝（AlCl3·6H2O）、硫酸铝[Al2（SO4）3·18H2O]、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）、三氯化铁（FeCl3·6H2O）、硫酸铁[Fe2（SO4）3·nH2O]等；主要的无机阴离子凝聚剂有：氧化钙（CaO）、氢氧化钙（Ca（OH）2）、氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3）等。 铝盐高分子凝聚剂有聚氯化铝、聚硫酸铝、聚硫氯化铝等；新近开发的铁盐无机高分子凝聚剂有聚硫酸铁和聚氯化铁。目前我国用量最大的无机絮凝剂主要有硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁和硫酸亚铁等;其它品种如聚硫氯化铝、聚硫酸铝、聚氯化铁、聚硫酸铁则是近年来刚投产的新品种，目前尚处于推广应用阶段。这些无机凝聚剂不仅具有一般电解质的作用，还能通过水解或其它反应，形成絮状沉淀，絮凝作用很强，对无机杂质有很好的净化效果，但对有机物的凝聚效率并不高。 天然的高分子聚合物一般来源是淀粉类、半粉甘露糖类，纤维衍生物类，微生物类和动物骨胶类的自然产物，但这种产物电荷密度小，分子量低，易于降解而失去絮凝活性这些不足，因此其使用量远小于人工合成类高分子絮凝剂。此外，水体内生物活动所产生的天然有机高分子物质，如细菌的菌膜、鱼类分泌的粘液等，也都是良好的有机混凝剂，对于水体内的絮凝作用有重要影响。 合成类高分子絮凝剂又可为离子型和非离子型两类水溶性聚合物。其中阳离子聚电解质是指大分子结构重复单元中带有正电荷氨基(-NH3+)、亚氨基(-CH2-NH2+-C