第四章纳米微粒的化学特性详解演示文稿

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。
§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。
二、吸附的典型例子
例如：氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的吸 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。
§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。
§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 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， 双电层很薄。
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。
4、不同种类的纳米微粒吸附性质有很大差别。
§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。
例子 如， PaPell在制备Fe3O4的磁性液体时就采用 油酸防止团聚，达到分散的目的。
方法将约30μm的Fe3O4粒子放人油酸和n庚烷中进行 长时间的球磨，得到约10nm的Fe3O4微粒稳定地分散在 n庚烷中的磁流体，每个Fe3O4微粒均包裹了一层油酸。
第四章纳米微粒的化学特性详解演示文稿
优选第四章纳米微粒的化学特性
§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
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
§4.1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。
§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。
图4.2 pH值对氧化物带电 状况的影响
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。
§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。
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
பைடு நூலகம்4.1.1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
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。
§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。
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。
§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， 称为 分散层。
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。
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。
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。
§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。