第四章纳米微粒的化学特性PPT课件
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二、解决的方案
用物理方法或化学方法制备的纳米粒 子经常采用分散在溶液中进行收集。
13
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
1分散机理：
A现象 尺寸较大的粒子容易沉淀下来，当粒径在 纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻止它 们沉淀而形成一种悬浮液，纳米微粒称为胶体。 由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象 仍可能发生。
6
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
作用机制：上述有机试剂中的Ｏ或N与硅烷醇的羟基 (OH基)中的H形成O—H或N—H氢键，从而完成SiO2微 粒对有机试剂的吸附，如图4.1所示。
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图4.1 在低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚分子。
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
三、影响吸附的因素
受粒子表面性质的影响
4、不同种类的纳米微粒吸附性质有很大差别。
5
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
一、概念
非电解质是指电中性的分子，它们可通 过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静电引 力吸附在粒子表面。其中主要是以氢键形成 而吸附在其它相上。
二、吸附的典型例子
例如：氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的Biblioteka Baidu 附过程中氧化硅微粒与有机试剂中间的接触 为硅烷醇层，硅烷醇在吸附中起着重要作用。
耳斯力之类较弱的物理力结合
化学吸附 吸附剂与吸附相之间是以化学键强
结合
4
§4.1吸附
纳米微粒吸附性特点
1、纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配 位不足，与相同材质的大块材料相比较，有较强 的吸附性。
2、纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、 溶剂的性质以及溶液的性质有关。
3、电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等 都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。
9
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
2实例列举：例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱
或碱土类金属的电解液中的吸附（这是一种物理 吸附过程，它是有层次的）。吸附层的电学性质 也有很大的差别．
二、吸附层的电学性质
1靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸 附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微 粒子表面的电性。
2离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层，
看出， 1/ k反比于Z和C1/2，这表明高价离子、高电解质浓度下，
11
双电层很薄。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
三、纳米氧化物随pH值可带不同的电荷
纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝 和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值 不同可带正电、负电或呈电中性。
12 图4.2 pH值对氧化物带电 状况的影响
4. ２.１微粒的分散 4. ２.２微粒的团聚
§ 4.3 流变学
4. ３.１典型胶体悬浮液的黏性 4. ３.２纳米Ａl2Ｏ3悬浮液的黏度 4. ３.３磁性液体的黏度 4. ３.４双电层对黏性的影响
§4.1吸附
吸附的概念
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象
吸附的分类
物理吸附 吸附剂与吸附相之间是以范德瓦
由上述例子可知
受吸附相的性质影响
说明 ：即使吸附相是相同的，但由于溶剂种类不 同吸附量也不一样。例如，以直链脂肪酸为吸附 相，以苯及正己烷溶液为溶剂，结果以正己烷为 溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量 比以苯为溶剂时多，这是因为在苯的情况下形成 的氢键很少。从水溶液中吸附非电解质时，受pH 值影响很大，pH值高时，氧化硅表面带负电，水 的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。
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§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
一、吸附的机理：电解质在溶液中以离子形 式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定。 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数 属于物理吸附。 1缘由：由于纳米粒子的大的比表面常常产生键的
不饱和性，致使纳米粒子表面失去电中性而带电 (例如纳米氧化物，氮化物粒子)，而电解质溶液中 往往把带有相反电荷的离子吸引到表面上以平衡其 表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用 而实现的。
pH比较小时，粒子表面形成M—Ｏ Ｈ2(M代表金属离子，如Si，Al，Ti 等)，导致粒子表面带正电。 pH高时，粒子表面形成M—Ｏ键， 使粒子表面带负电。 pH值处于中间值，则纳米氧化物表 面形成M—ＯＨ键，粒子呈电中性。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
一、面临的问题
在纳米微粒制备过程中，纳米微粒表 面的活性使它们很容易团聚在一起从而形 成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚 体，这给纳米微粒的收集带来很大的困难。
纳米微粒的化学特性
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
主要内容
§ 4.1 吸附
4.１.１非电解质的吸附 4.１.２电解质吸附
§ 4.2 纳米微粒的分散与团聚
10
称为 分散层。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
上述两层构成双电层。 双电层中电位分布可用 一表示式来表明，例如把Cu离子—黏土粒子之间 吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原 点，在溶液中任意距离ｘ的电位可用下式表示：
Z为原子价，NＡ为阿伏伽德罗常数， C为强电解质的摩尔浓 度 ，k 表示双电层的扩展程度．1/ k称为双电层的厚度．由式
例子 如，纳米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在 水中的pH高低不同(带正电或负电)，因此可选 Na+，NH4+或Cl-，NO3-异电离子作反絮凝剂，使 微粒表面形成双电层，从而达到分散的目的。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
B、加表(界)面活性剂包裹微粒 为了防止分散的纳米粒 子团聚也可加入表面活性剂，使其吸附在粒子表面， 形成微胞状态，由于活性剂的存在而产生了粒子间的 排斥力，使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生。对于磁性纳米微粒，由于颗粒之间磁吸引力，很 容易团聚，加入界面活性剂（如油酸）使其包裹在磁 性粒子表面，造成粒子间排斥作用，避免了团聚体的 生成。
B方法 通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中 的团聚体打碎。
C原理 其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中 小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力，从而使小 颗粒分散于分散剂中。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
2防止小颗粒团聚采用的方法：
A、加入反絮凝剂形成双电层 反絮凝剂的选择可 依纳米微粒的性质、带电类型等来定。即：选择 适当的电解质作分散剂，使纳米粒子表面吸引异 电离子形成双电层，通过双电层之间库仑排斥作 用使粒子之间发生团聚的引力大大降低，实现纳 米微粒分散的目的。
用物理方法或化学方法制备的纳米粒 子经常采用分散在溶液中进行收集。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
1分散机理：
A现象 尺寸较大的粒子容易沉淀下来，当粒径在 纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻止它 们沉淀而形成一种悬浮液，纳米微粒称为胶体。 由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象 仍可能发生。
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§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
作用机制：上述有机试剂中的Ｏ或N与硅烷醇的羟基 (OH基)中的H形成O—H或N—H氢键，从而完成SiO2微 粒对有机试剂的吸附，如图4.1所示。
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图4.1 在低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚分子。
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
三、影响吸附的因素
受粒子表面性质的影响
4、不同种类的纳米微粒吸附性质有很大差别。
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§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
一、概念
非电解质是指电中性的分子，它们可通 过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静电引 力吸附在粒子表面。其中主要是以氢键形成 而吸附在其它相上。
二、吸附的典型例子
例如：氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的Biblioteka Baidu 附过程中氧化硅微粒与有机试剂中间的接触 为硅烷醇层，硅烷醇在吸附中起着重要作用。
耳斯力之类较弱的物理力结合
化学吸附 吸附剂与吸附相之间是以化学键强
结合
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§4.1吸附
纳米微粒吸附性特点
1、纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配 位不足，与相同材质的大块材料相比较，有较强 的吸附性。
2、纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、 溶剂的性质以及溶液的性质有关。
3、电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等 都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。
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§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
2实例列举：例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱
或碱土类金属的电解液中的吸附（这是一种物理 吸附过程，它是有层次的）。吸附层的电学性质 也有很大的差别．
二、吸附层的电学性质
1靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸 附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微 粒子表面的电性。
2离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层，
看出， 1/ k反比于Z和C1/2，这表明高价离子、高电解质浓度下，
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双电层很薄。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
三、纳米氧化物随pH值可带不同的电荷
纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝 和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值 不同可带正电、负电或呈电中性。
12 图4.2 pH值对氧化物带电 状况的影响
4. ２.１微粒的分散 4. ２.２微粒的团聚
§ 4.3 流变学
4. ３.１典型胶体悬浮液的黏性 4. ３.２纳米Ａl2Ｏ3悬浮液的黏度 4. ３.３磁性液体的黏度 4. ３.４双电层对黏性的影响
§4.1吸附
吸附的概念
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象
吸附的分类
物理吸附 吸附剂与吸附相之间是以范德瓦
由上述例子可知
受吸附相的性质影响
说明 ：即使吸附相是相同的，但由于溶剂种类不 同吸附量也不一样。例如，以直链脂肪酸为吸附 相，以苯及正己烷溶液为溶剂，结果以正己烷为 溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量 比以苯为溶剂时多，这是因为在苯的情况下形成 的氢键很少。从水溶液中吸附非电解质时，受pH 值影响很大，pH值高时，氧化硅表面带负电，水 的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。
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§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
一、吸附的机理：电解质在溶液中以离子形 式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定。 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数 属于物理吸附。 1缘由：由于纳米粒子的大的比表面常常产生键的
不饱和性，致使纳米粒子表面失去电中性而带电 (例如纳米氧化物，氮化物粒子)，而电解质溶液中 往往把带有相反电荷的离子吸引到表面上以平衡其 表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用 而实现的。
pH比较小时，粒子表面形成M—Ｏ Ｈ2(M代表金属离子，如Si，Al，Ti 等)，导致粒子表面带正电。 pH高时，粒子表面形成M—Ｏ键， 使粒子表面带负电。 pH值处于中间值，则纳米氧化物表 面形成M—ＯＨ键，粒子呈电中性。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
一、面临的问题
在纳米微粒制备过程中，纳米微粒表 面的活性使它们很容易团聚在一起从而形 成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚 体，这给纳米微粒的收集带来很大的困难。
纳米微粒的化学特性
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整体概述
概况一
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主要内容
§ 4.1 吸附
4.１.１非电解质的吸附 4.１.２电解质吸附
§ 4.2 纳米微粒的分散与团聚
10
称为 分散层。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
上述两层构成双电层。 双电层中电位分布可用 一表示式来表明，例如把Cu离子—黏土粒子之间 吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原 点，在溶液中任意距离ｘ的电位可用下式表示：
Z为原子价，NＡ为阿伏伽德罗常数， C为强电解质的摩尔浓 度 ，k 表示双电层的扩展程度．1/ k称为双电层的厚度．由式
例子 如，纳米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在 水中的pH高低不同(带正电或负电)，因此可选 Na+，NH4+或Cl-，NO3-异电离子作反絮凝剂，使 微粒表面形成双电层，从而达到分散的目的。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
B、加表(界)面活性剂包裹微粒 为了防止分散的纳米粒 子团聚也可加入表面活性剂，使其吸附在粒子表面， 形成微胞状态，由于活性剂的存在而产生了粒子间的 排斥力，使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生。对于磁性纳米微粒，由于颗粒之间磁吸引力，很 容易团聚，加入界面活性剂（如油酸）使其包裹在磁 性粒子表面，造成粒子间排斥作用，避免了团聚体的 生成。
B方法 通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中 的团聚体打碎。
C原理 其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中 小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力，从而使小 颗粒分散于分散剂中。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
2防止小颗粒团聚采用的方法：
A、加入反絮凝剂形成双电层 反絮凝剂的选择可 依纳米微粒的性质、带电类型等来定。即：选择 适当的电解质作分散剂，使纳米粒子表面吸引异 电离子形成双电层，通过双电层之间库仑排斥作 用使粒子之间发生团聚的引力大大降低，实现纳 米微粒分散的目的。