胶体与表面化学-第五章 常用吸附剂的结构、性能和改性
胶体与表面化学第四版重点
胶体与表面化学〔第四版〕1.绪论分散系统：一种物质以细分散状态分散在另一种物质中构成的系统。
分散相：分散系统中被分散的不连续相。
分散介质：分散系统中的连续相。
比表面：单位质量分散相物质所具有的面积。
缔合胶体：多个分子的缔合体构成胶体分散相。
胶体体系：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1-100nmX 围内的分散系统。
溶胶：把分散介质是液体的胶体系统称为液溶胶，介质是水为水溶胶；介质是固体为固溶胶。
2.胶体与纳米粒子的制备胶体制备：分散法〔机械、电分散、超声波、胶溶〕、凝聚法〔还原、氧化、水解、复分解〕晶核-晶体成长条件：1〕分散相在介质中的溶解度必须极小；2〕必须有稳定剂的存在净化：1〕渗析：利用羊皮纸或火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开。
2〕超过滤：利用半透膜代替普通滤纸在压差下过滤溶胶的方法。
3〕渗透：借半透膜将溶液和溶剂隔开，此膜只允许溶剂分子通过，胶粒和溶质不能通过。
反渗透：渗透平衡时在浓相一侧施加外压，则浓相中的溶剂分子向稀相迁移。
单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
胶体晶体：由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构。
光子晶体：在各个方向能阻止一定频率X 围的光传播。
纳米粒子特性：比表面积大；易形成聚团；熔点低；磁性强；光吸收强；热导性能好制备：气相、液相、固相纳米气泡：在液体中或固液界面上存在的纳米尺度的气泡。
3.胶体系统的基本性质(N A =6.5*1023mol -1，R=8.314，T=273K)运动扩散：扩散系数：爱因斯坦第一扩散公式：r 61πη⋅=A N RT D 爱因斯坦布朗运动：r3t t 2πη⋅==A N RT D X 沉降：大气压随高度分布：RTM gh -p p ln 0h =光学散射现象：当质点大小在胶体X 围内时。
反射：质点直径远大于入射光波长。
丁道尔现象：以一束强烈的光线射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带。
第五章 吸附和吸收处理空气的原理和方法
5.1 吸附材料处理空气的原理和方法
吸附的基本知识和概念
• 吸附现象：相异二相界面上的分子积聚现象。 • 吸附：把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配 列程度较高的固相中。 • 吸附剂：使气体浓缩的物体。 • 吸附质：被浓缩的物质。 例如，当某固体物质吸附水蒸气时，此固体物质就 是吸附剂，水蒸气就是吸附质。 吸附过程：干燥剂化学成分不变； 吸收过程：干燥剂化学成分改变。
Southwest Petroleum University
动态吸附除湿
在除湿的同时通过冷却水或空气将 吸附热带走，保持近似等温除湿 近似等焓过程，即被除湿的处理气流 含湿且降低的同时，温度会升高，气 流的焓值基本不变 。
除湿方 式分类
冷却 除湿 绝热 除湿
选择吸附剂的标准： 要求空气压力损失小，具有适当的强度不致粉末 化、具有足够大的吸附容量，还希望吸附剂粒水分的 移动速度快，以便能尽快地达到平衡状态。
Southwest Petr理吸附和化学吸附。 • 物理吸附：由范德华引力、氢键起作用的物理过程。 物理吸附属于一种表面现象，可以是单层吸附，也可以是 多层吸附。
Southwest Petroleum University
吸附的种类
物理吸附主要特征
线性
图 5-1
Southwest Petroleum University
等压吸附线
曲线l：高温部分，化学吸附曲线，温度升高，吸附量减小。 曲线2：物理吸附，温度升高，平衡向脱附方向移动，吸附量减小。 如果始终能达到平衡，则不论曲线l还是曲线2都沿图中虚线进行。 曲线3：物理吸附和化学吸附的过渡区，为非平衡吸附区。
动态吸附除湿
吸附剂的再生方式 • 加热再生：供给吸附剂脱附所需的热量； • 减压再生：用减压手段降低吸附分子的分压， 改变吸附平衡，实现脱附。 • 使用清洗气体再生： 借通入一种很难被吸附的气体,降 低吸附质的分压而实现脱附。 • 置换脱附再生： 用具有比吸附质更强的选择吸附 性物质来置换而实现脱附。
胶体与表面化学 课程大纲及重点
胶体与表面化学第一章绪论（2学时）1.1胶体的概念什么是胶体，胶体的分类1.2胶体化学发展简史1.3胶体化学的研究对象表面现象，疏液胶体，缔合胶体，高分子溶液。
重点：胶体、分散系统、分散相、分散介质的概念。
难点：胶体与表面化学在矿物加工工程中的作用及意义。
教学方法建议：启发式教学，引导学生对胶体及表面化学的兴趣。
第二章胶体与纳米材料制备（4学时）2.1胶体的制备胶体制备的条件和方法，凝聚法原理。
2.2胶体的净化渗析、渗透和反渗透。
2.3单分散溶胶单分散溶胶的定义及制备方法。
2.4胶体晶体胶体晶体的定义及制备方法2.5纳米粒子的制备什么是纳米材料，纳米粒子的特性及制备方法重点：胶体的制备、溶胶的净化、胶体晶体的制备。
难点：胶体制备机理。
教学方法建议：用多媒体教学，注重理论联系实际。
第三章胶体系统的基本性质（8学时）3.1溶胶的运动性质扩散、布朗运动、沉降、渗透压和Donnan平衡。
3.2溶胶的光学性质丁道尔效应和溶胶的颜色。
3.3溶胶的电学性质电动现象、双电层结构模型和电动电势(ζ电势)3.4溶胶系统的流变性质剪切速度越切应力，牛顿公式，层流与湍流，稀胶体溶液的黏度。
3.5胶体的稳定性溶胶的稳定性、DLVO理论、溶胶的聚沉、高聚物稳定胶体体系理论。
3.6显微镜及其对胶体粒子大小和形状的测定显微镜的类型及基本作用重点：沉降、渗透压、电泳、电渗、ζ电势的计算、双电层结构模型、DLVO理论、溶胶的聚沉。
难点：双电层结构模型。
教学方法建议：多媒体教学和板书教学相结合。
第四章表面张力、毛细作用与润湿作用（6学时）4.1表面张力和表面能净吸力和表面张力的概念、影响表面张力的因素、液体表面张力和固体表面张力的测定方法。
4.2液-液界面张力Anntonff规则、Good-Girifalco公式、Fowkes理论和液-液界面张力的测定。
4.3毛细作用与Laplace公式和Kelvin公式毛细作用，Laplace公式和Kelvin公式的应用，曲界面两侧的压力差及与曲率半径的关系，毛细管上升或下降现象，弯曲液面上的饱和蒸气压。
胶体与表面化学5-12
亲水基 亲 油 基 亲水基
油
基 亲水基
基
亲水基 亲 油 基
二、表面活性剂的结构特点
4、构成表面活性剂的亲油基团和亲水基团
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第二节 表面活性剂的分类
东北石油大学石油工程学院
表面活性剂的分类
• 一、表面活性剂的分类
• 二、 各类表面活性剂的结构特点及应用
CH2CH2O * 、 醚键（—O—）、羟基（-OH）
酰胺基（-CONH2）
2.特性
①稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；②与其它表面活性剂的 配伍性好；③在一般固体上不易发生强烈吸附；④溶解度大小与温度有关， 存在浊点效应，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；⑤具有高表 面活性，其水溶液的表面张力、cmc较低，增溶作用强；⑥泡沫性能较差； ⑦毒性小，对皮肤刺激性小。
（雷米帮A）
1.3 应用
羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性
后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。
2.硫酸酯盐类（R-OSO3M）
C12H25OSO3Na 硫酸酯盐
红油和蒙诺波尔 梯波尔 ①水解性
脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解
• 一、表面活性剂定义 • 二、 表面活性剂的结构特点
一、表面活性剂的定义
如图油酸钠在浓度很低 时，可将水的表面张力自 72mN· m-1降到约25mN· m-1。 而一般的无机盐(如NaCl)水 溶液，在浓度较稀时，对水
的表面张力几乎不起作用，
甚至使表面张力稍为升高，
N a cl, KNO3 , HCL, N a OH
005 吸附和吸收处理空气的原理与方法讲解
q
q
q
典型等温 吸附线
p （I）
p （II）
q
q
p （III）
q
p （IV）
I-合成沸石等吸附系 IV-活性炭吸附水蒸气
p
p
（V）
（VI）
II-Lamgmuri型 III-活性铝等吸附系
V-BET型
VI-线性吸附
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
1 吸附的基本知识和概念
3）吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线 等压吸附线
堆积密度：
真密度：
颗粒密度：
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
1 吸附的基本知识和概念
5）吸附剂的特性参数
孔径分布（测定－吸附 等温线、压汞仪等）
颗粒当量直径、单位体积表面积
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
2 等温吸附线
1）朗谬尔（Langmuir）公式
q
p
θ 表面覆盖度
q 吸附剂表面的平衡吸附量
影响平衡时间的因素：吸附剂粒径、孔径大 小及分布、空气流速等。
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
5 空气静态吸附除湿和动态吸附除湿
2）静态吸附除湿
吸附剂的吸附平衡时 间（无搅拌）
硅胶
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
5 空气静态吸附除湿和动态吸附除湿
2）静态吸附除湿
吸附剂吸附平衡时间的测试
活性炭也具备一定的吸水能 力，所以不能认为它是憎水的， 但是有机化合物和非极性或弱极 性化合物要比水更优先强烈吸附 在它表面上，所以一般不用它来 除湿。
§5-1 吸附材料处理空气的原理和方法
3 常用吸附剂的类型和性能
常用吸湿 剂的吸附 等温线
常用吸附剂 活性炭ppt课件
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
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4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
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1 简介
活性炭又称活性炭黑。是黑 色粉末状或颗粒状的无定形 碳。活性炭主成分除了碳以 外还有氧、氢等元素。活性 炭在结构上，由于微晶碳是 不规则排列，在交叉连接之 间有细孔，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
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4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
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2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
胶体与界面化学导论五环境工程专业-.ppt
(m3 kg-1) (mol kg-1)
(4) Adsorption curves For a given adsorbent and adsorbate
f(T,p)
(a) 吸附等温线
Γ
T1
T2
T3
p
Γ
Γ
p
p
Γ
Γ
p
p
(b) 吸附等压线
Γ p1 p2 p3
c : constant dependent on adsorption heat pv : saturated vapor pressure of adsorbat
liquid at adsorption temperature
BET方程（吸附仅限于 n层）
V V m(p v cp p ) 1 1 ((n c 1 1 ))p p ((//p p vv ))n c n ((p p //p p vv ))n n 1 1
固-气吸附的应用
利用物理吸附测定固体比表面 利用物理吸附，计算吸附剂平均孔径与孔径分布 有用气体组分的提取和无用气体组分的去除
例：干燥空气的制备、废气和毒气的净化、混合 气中某中有用有机成分的回收、脱气获得高真空 等。 固-气吸附在环境保护中有着特殊的地位。
文献导读
固-气吸附在环境领域中的应用介绍
(2) adsorption equilibrium
adsorption
S+G
SG
desorption
At equilibrium : ra = rd ra : rate of adsorption rd : rate of desorption
(3) Amount adsorbed (吸附量）
胶体与表面化学（第二版）沈钟
胶体与表面化学（第二版）沈钟王果庭编著化学工业出版社目录—————————————第一章绪论第一节什么是胶体第二节胶体化学发展简史第三节胶体化学的研究对象和意义第四节胶体与表面化学的发展第二章胶体的制备和性质第一节胶体的制备和净化一、胶体制备的一般条件二、胶体制备的方法三、凝聚法原理四、溶胶的净化五、单分散溶胶六、超细颗粒第二节溶胶的运动性质一、扩散二、布朗运动三、沉降第三节溶胶的光学性质一、光散射二、显微镜及其对粒子大小和形状的测定第四节溶胶的电学性质和胶团结构一、电动现象及其应用二、质点表面电荷的来源三、胶团结构四、双电层结构模型和电动电位(ζ电位)五、扩散双电层的数学计算六、ζ电位的计算第五节胶体稳定性一、溶胶的稳定性二、溶胶的聚沉三、高聚物稳定胶体体系的理论第六节流变性质一、基本概念和术语二、稀胶体溶液的粘度三、浓分散体系的流变性质第七节胶体的形貌一、胶粒的形状二、胶粒的平均大小与多分散度三、分形（Fractal）理论第三章凝胶第一节概述一、凝胶及其通性二、凝胶的分类第二节凝胶的形成一、凝胶形成的条件二、凝胶形成的方法第三节凝胶的结构第四节胶凝作用及其影响因素一、溶胶凝胶转变时的现象二、影响胶凝作用的因素第五节凝胶的性质一、触变作用二、离浆作用三、膨胀作用四、吸附第六节凝胶中的扩散和化学反应一、扩散作用二、化学反应第七节几种重要的凝胶一、硅酸铝凝胶的制备和结构特性二、高吸水性聚合物的合成和性能三、凝胶色谱用凝胶四、凝胶薄膜第四章界面现象和吸附第一节表面张力和表面能一、净吸力和表面张力的概念二、影响表面张力的因素三、测定液体表面张力的方法四、测定固体表面张力的方法第二节弯曲界面的一些现象一、曲界面两侧压力差二、曲界面两侧压力差与曲率半径的关系三、毛细管上升和下降现象四、弯曲液面上的饱和蒸气压第三节润湿和铺展一、润湿现象和润湿角二、铺展三、润湿热第四节固体表面的吸附作用一、固体表面的特点二、吸附作用和吸附热三、吸附曲线四、吸附量测定的实验方法第五节吸附等温方程式一、Freundlich吸附等温式二、Langmuir吸附等温式——单分子层吸附理论三、BET吸附等温式——多分子层吸附理论第六节固体—气体界面吸附的影响因素一、温度二、压力三、吸附剂和吸附质性质第七节固体—溶液界面吸附一、吸附剂、溶质和溶剂的极性及其他性质对吸附量的影响二、混合（物）吸附三、多分子层吸附四、对高分子的吸附五、对表面活性剂的吸附六、对电解质的吸附七、二元液体混合物中的吸附第五章常用吸附剂的结构、性能和改性第一节多孔性物质物理结构的测定方法一、密度二、比表面积三、孔体积四、平均孔半径五、孔径分布六、粒度第二节常用吸附剂的结构和性能一、硅胶二、活性氧化铝三、活性炭四、吸附树脂五、粘土六、硅藻土七、分子筛第三节固体的表面改性及其应用一、表面改性效果的评定二、表面改性方法和机理三、表面改性的应用第六章表面活性剂第一节表面活性剂概述一、表面活性剂定义二、表面活性剂的结构特点第二节表面活性剂的分类和结构特点一、表面活性剂的分类方法二、表面活性剂的结构特点及应用第三节表面活性剂在界面上的吸附一、Gibbs吸附公式二、Gibbs公式的物理意义和有关注意事项三、吸附层结构四、表面吸附层的状态方程式及单分子层表面膜的应用五、LB膜第四节表面活性剂的体相性质一、各种性质对浓度的转折点二、表面活性剂的溶度第五节胶束理论一、胶束与临界胶束浓度二、胶束的结构三、临界胶束浓度及其影响因素第六节表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)问题一、概述二、求算HLB值的方法三、关于HLB值的几个问题第七节表面活性剂的作用及应用一、增溶作用二、润湿和渗透三、分散和絮凝四、起泡和消泡五、去污作用六、胶束催化第七章乳状液第一节概述第二节乳状液的制备和物理性质一、混合方式二、乳化剂的加入方式三、影响分散度的因素四、乳状液的物理性质第三节乳状液类型的鉴别一、稀释法二、染色法三、导电法第四节影响乳状液稳定性的因素一、乳状液是热力学不稳定体系二、油—水间界面的形成三、界面电荷四、乳状液的粘度五、液滴大小及其分布六、粉末乳化剂的稳定作用第五节乳化剂的选择一、乳化剂的分类二、乳化剂的HLB值及其应用三、转相温度(PIT)第六节乳状液的变型和破乳一、乳状液的变型二、影响乳状液变型的因素三、乳状液的破坏第七节微乳状液一、微乳状液的微观结构二、助表面活性剂的作用三、微乳状液的形成机理四、微乳状液的制备五、微乳状液相图六、微乳状液的性质七、微乳状液的应用前景第八节乳状液的应用一、控制反应二、农药乳剂三、沥青乳状液四、稠油的乳化降粘五、纺织工业六、制革工业七、乳化食品和医药用乳剂第九节液膜分离一、基本情况二、液膜分离机理三、液膜分离实例第八章高分子溶液第一节聚合物的分子量和分子量分布第二节高聚物的溶解、溶胀及其在溶液中的形态第三节溶液中高分子的大小一、均方根末端距二、均方回转半径第四节高分子溶液的运动性质一、扩散与超离心力场下的高分子沉降速度二、高分子溶液的粘度第五节高分子溶液的平衡性质一、高分子溶液的渗透压二、Donnan平衡三、聚电解质的渗透压第六节高分子溶液的光散射一、静态光散射——弹性光散射二、动态光散射——准弹性光散射(QELS)第七节聚电解质一、解离平衡二、粘度三、聚电解质应用举例——絮凝剂参考文献第一章绪论胶体化学(colloid chemistry)是胶体体系的科学。
第五章西南林业大学柴希娟胶体与表面化学课件
{[(AgI) m nI (n q) K ] qK }
q
胶粒带负电
图
胶团结构示意图
图
AgI 胶团结构
(2) AgNO3 过量时, Ag+ 被优先吸附. 则胶团结构为:
{[( AgI) m nAg (n q) NO ] qNO }
AgNO3(aq) + KI(aq) → AgI(sol) + KNO3(aq)
若干个AgI 分子凝集为一体构成固相（胶核）。因 为溶液中含有AgNO3 和 KI 两种电解质, 固相表面会从溶 液中吸附某种离子从而带电. 根据 Fajas(法扬斯)规则, 与 溶胶粒子具有相同化学元素的离子能优先被吸附..
3、电分散法
以金属为电极, 通以直流电(电流为5-10 A, 电压为 40-60 V),使产生电弧, 在电弧作用下, 电极表面的金属气 化, 遇水冷却形成胶粒. 这样可制得诸如 Au , Ag, Hg 等 金属的水溶胶.水中常加入少量碱以使溶胶稳定.
图
电弧法示意图
4、胶溶法 把新生成的固体沉淀物(较疏松)在适当条件下让其 重新分散达到胶体分散的程度, 这种作用称为“胶溶作 用”. 如在新生成的 Fe(OH)3 沉淀中加入与沉淀物具有 相同离子的电解质如 FeCl3 溶液进行搅拌, 沉淀会转化为 棕红色的溶胶.
胶粒带正电, 在电泳实验中, 胶粒向外电场的负极移动.
q 3
3
AgI溶胶的图示：
NO3+
Ag +
（AgI）m
NO3-
NO3碘化银胶团结构及示意图（AgNO3为稳定剂）
胶体表面化学 复习资料1
名词解释胶体系统：一种物质以细分状态分散在另一种物质中构成的系统成为胶体系统分散相:在分散系统中被分散的不连续的相称为分散相分散介质：分散系统中连续的相称为分散介质胶体：分散相粒子至少在一个尺度上的大小处在1~100nm范围内的分散系统称为胶体分散系统，或胶体系统，或胶体。
纳米材料;：在三维空间内至少有一维处于规定的纳米尺度范围内（1～100nm），则该种材料称为纳米材料纳米污染：由纳米微粒对环境和人类健康所带来污染和危害渗透：借半透膜将溶液（浓相）和溶剂（如水）隔开，此膜只允许溶剂分子通过，二胶粒或溶质不能通过单分散溶胶：特定条件下制取的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶渗析：利用羊皮纸或由火棉胶制成的半透膜，将溶胶与纯分散介质隔开，这是因为这种膜的空隙很小，它不仅能让小分子或离子通过，而胶粒不能通过纳米粒子（或纳米粉体），它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内（均小于100nm），因此称为零维纳米材料。
胶体晶体：由一种或多种单分子分散胶体粒子组装并规整排列的二维或三维类似于晶体的有序结构成为胶体晶体聚沉：溶胶中的分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象。
毛细现象：由于液体表面张力的存在而引起的液体表面形态、性质变化的各种现象。
CMC:表面活性剂溶液性质发生突变的浓度反胶束：表面活性剂在非水溶剂（主要是非极性和弱极性溶剂）中形成的聚集体；囊泡也称为泡囊，两亲分子形成的封闭双层结构称为囊泡或脂质体表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB值）乳状液：由两种（或两种以上）不互溶或部分互溶的液体形成的分散系统，称乳状液。
气体分离：用物理或化学的方法将混合气体分离成单一组分的气体。
吸附(adsorption)：在不相混溶的两相接触时，两体相中的某种或几种组分浓度与它们在界面相中浓度不同的现象称为吸附。
吸附质(adsorbate)：发生吸附作用时已被吸附的物质称为吸附质。
吸附剂(adsorbent)：能有效在其表面上发生吸附作用的固体物质称为吸附剂吸附量：吸附平衡时单位质量或单位表面积吸附剂上吸附吸附质的量吸附热：在吸附过程中的热效应称为吸附热积分吸附热：等温条件下，一定量的固体吸附一定量的气体所放出的热，用Q表示。
第二章胶体制备性质(1)20143解析
如 白色油漆 是将白色TiO2颗粒（分散相）分散在油 料中，并加入金属皂类作为稳定剂制成。
有时反应生成的物质（分散相）分散在介质中形成溶
胶，其中某种过量反应物或产物存在能起到稳定剂作用。
2.制备方法
解度极小。故硫的乙醇溶液滴加在水中形成硫磺水溶胶。 例2 FeCl3水中形成真溶液，水解后Fe(OH)3不溶于水，
适当条件下形成Fe(OH)3水溶胶。 同时，反应物浓度很稀，难溶物晶粒很小，而且不具
备晶粒长大的条件，才能形成胶体。否则颗粒聚集易形成 凝胶。
（2）必须有稳定剂存在 胶体中分散颗粒很小，很多，表面积很大，表面能很
液相
气
泡沫
肥皂泡沫
液
乳状液
牛奶，含水原油
固 液溶胶或悬浮液 金溶胶，油墨，泥浆
气
固相
液
固
固溶胶
泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些合金
胶粒尺寸 1～100nm 或 1～1000nm
第二章 胶体的制备和性质
第一节 胶体的制备和净化 1.胶体制备的一般条件
（1）分散相在分散介质中溶解度必须极小 例1 硫在乙醇中溶解度较大形成真溶液，硫在水中溶
浓度很大时，约2～3mol·dm-3 ，生成的晶核极多，同时 溶液过饱和度(c-S)也降低很多，致使晶体成长速度减慢， 又有利于形成小粒子的胶体。注意这时由于晶核太多，粒 子间距太近，易于形成半固体状凝胶。
因此，根据Weimarn理论，要制备胶体，必须v1大，v2 小。要v1大，必须过饱和度高，这意味着盐的溶解度要尽 可能小。反之，若v2大，v1小，如NaCl溶解度很大，溶液 过饱和度低，则易于形成大的晶体。
2013M-03胶体与界面化学-固体表面的吸附
体积要换算成标准状况(STP)
(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
q n/m
单位：mol g-1
27
吸附量测定
比表面、孔容和孔分布是多孔催化剂和吸 附剂的重要参数，这些参数通常可以从吸附实 验得到。
常用的测定方法分为静态法和动态法两大 类，在静态法中又可分为重量法和容量法两种。
物理吸附
10
H2在金属镍表面发生化学吸附
在相互作用的位能 线上，H2分子获得解离
能DH-H，解离成H原子， 处于c'的位置。
随着H原子向Ni表 面靠近，位能不断下降， 达到b点，这是化学吸 附的稳定状态。
化学吸附
11
Ni和H之间的距离等 于两者的原子半径之和。
能量gb是放出的化
学吸附热Qc，这相当于
选定不同的吸附量，可以画出一组 吸附等量线。
吸附（Adsorption）
吸附作用（adscription）是一种最 重要的界面现象，当不混溶的两相接 触时，两体相内的某种或几种组分的 浓度与其在两相界面上的浓度不同的
现象称为吸附。
通常有实用价值的吸附作用都是界面浓度高于体相浓度， 称为正吸附（positive adsorption）；反之，称为负吸附 （negative adsorption）。
6
吸附（Adsorption）
对吸附概念的理解：
➢吸附是分子行为，在热力学上是自发进行的； ➢吸附是界面行为，不是内部行为，吸附前后物质的物理化 学性质基本不变。它不同于化学反应，也不同于吸收。 ➢在界面上发生了吸附后，界面性质将发生大的变化如极性 、润湿性等。 ➢吸附多为放热反应，因此发生吸附后，体系能量将降低。
胶体化学教案中的胶体的表面改性与功能化
胶体化学教案中的胶体的表面改性与功能化胶体化学是一门研究胶体系统行为和性质的科学，胶体是由微粒子（称为胶体颗粒）在连续介质（称为分散介质）中悬浮而形成的稳定体系。
胶体的属性和性质可以通过表面改性和功能化来调控和优化。
本文将介绍胶体化学教案中的胶体的表面改性与功能化的相关知识。
一、胶体的表面改性胶体的表面改性是指通过对胶体颗粒的表面进行化学和物理上的改变，以调节胶体的性质和稳定性。
常见的胶体表面改性方法包括：物理吸附、化学修饰、包覆等。
1. 物理吸附物理吸附是指将分子或离子通过吸附力吸附在胶体颗粒的表面，从而改变胶体的性质。
常用的物理吸附方法有吸附剂法、共沉淀法等。
例如，通过将改性剂溶液与胶体悬浊液混合，改性剂分子会在胶体颗粒表面吸附形成覆盖层，实现胶体的表面改性。
2. 化学修饰化学修饰是指通过与胶体颗粒表面发生化学反应，引入新的官能团或改变原有官能团的性质，从而改变胶体的性质。
常见的化学修饰方法有偶联反应、表面置换反应等。
例如，通过表面置换反应，在胶体颗粒表面引入具有特定化学性质的官能团，使胶体在特定环境中具有特定的溶解度和稳定性。
3. 包覆包覆是指将胶体颗粒表面包覆上另一种物质，形成具有特定性质和功能的覆盖层。
包覆可以增强胶体的稳定性、抗污染性和特定的功能性。
常用的包覆方法有沉积法、溶胶-凝胶法等。
例如，通过溶胶-凝胶法，可以在胶体颗粒表面形成一层有序的二氧化硅壳层，增加胶体颗粒的稳定性和可控性。
二、胶体的功能化胶体的功能化是指在胶体颗粒的表面或内部引入具有特定功能的物质，赋予胶体特定的性质和应用功能。
常见的胶体功能化方法包括：荧光标记、磁性功能化、催化功能化等。
1. 荧光标记荧光标记是一种常见的胶体功能化方法，通过在胶体颗粒表面引入具有荧光特性的物质，实现对胶体颗粒的荧光标记。
荧光标记可以用于研究胶体的分布和运动行为，也可用于生物医学领域中的生物标记和细胞成像等。
2. 磁性功能化磁性功能化是指在胶体颗粒表面或内部引入磁性物质，赋予胶体磁性特性。
胶体与表面化学教学大纲
课程代码：0303181课程英文名称：Colloid and Surface Chemistry课程类别：专业选修课课程负责人：王英滨胶体与表面化学教学大纲(总学时：40讲课：40)一、课程教学目的本课程是为材料化学专业开设的专业选修课，同时也可作为材料学、环境工程等专业的选修课。
通过本课程的学习，学生在大学物理化学的基础上，进一步了解胶体与表面的基本理论问题，并能在以后的研究工作中加以应用。
二、课程教学基本内容、要求及学时分配第一章绪论 2学时，了解胶体的定义与特点，胶体化学发展简史，胶体化学的研究对象和意义，胶体与表面化学的发展。
第二章胶体的制备和性质 6学时，掌握溶胶的制备和净化，溶胶的动力学性质，溶胶的光学性质，溶胶的电学性质和胶团结构，溶胶的稳定性和聚沉，流变性质。
第三章凝胶 6学时，掌握凝胶通性及分类，凝胶的形成与结构，胶凝作用及其影响因素，凝胶的性质，几种重要的凝胶。
第四章界面现象和吸附 8学时，掌握表面张力和表面能，弯曲界面的一些现象，润湿和铺展，固体表面的吸附作用，吸附等温方程式，固体－溶液界面吸附第五章常用吸附剂的结构、性能和改性 6学时，掌握多孔性物质物理结构的测定方法，常用吸附剂的结构和性能，固体的表面改性第六章表面活性剂 6学时，掌握表面活性剂的分类和结构特点，表面活性剂在界面上的吸附，表面活性剂的体相性质，胶束理论，表面活性剂的亲水亲油平衡（HLB）问题，表面活性剂的作用第七章乳状液 6学时，掌握乳状液的制备和物理性质，影响乳状液类型的因素和乳状液类型的鉴别，影响乳状液稳定性的因素，乳化剂的选择，乳状液的变形和破乳，乳状液的应用三、本课程与其它课程的联系与分工学习本课程需无机化学、有机化学、物理化学等课程基础。
四、教学方式主要以课堂讲授方式进行，使用多媒体教学。
五、成绩评定方法本课程的考核以课堂提问情况、完成作业等平时成绩和期末撰写读书报告成绩综合评价，平时成绩占20%，期末读书报告成绩占80% 。
胶体与表面化学知识点整理.
第一章1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。
通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm （直径）2.胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。
胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。
气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金第二章一．溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：（1）凝聚法（2）分散法二．溶胶的运动性质1.扩散：过程为自发过程d d d d m c DA t x =-，此为Fick 第一扩散定律，式中dm/dt 表示单位时间通过截面A 扩散的物质数量，D 为扩散系数，单位为m2/s ，D 越大，质点的扩散能力越大 扩散系数D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为：A RT D N f =（A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数）若颗粒为球形，阻力系数f =6r πη（式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径） 故16RT D NA r πη=⨯，此式即为Einstein 第一扩散公式浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。
2.布朗运动：本质是分子的热运动现象：分子处于不停的无规则运动中由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。
在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。
扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础Einstein 认为，粒子的平均位移x 与粒子半径r 、介质黏度η、温度T 和位移时间t 之间的关系：123A RT t x N r πη⎛⎫= ⎪⎝⎭，此式常称为Einstein-Brown 位移方程。
式中x 是在观察时间t 内粒子沿x 轴方向的平均位移；r 为胶粒的半径；η为介质的粘度；AN为阿伏加德罗常数。
胶体与表面化学-第五章 常用吸附剂的结构、性能和改性
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅 藻 土
第二节 常用吸附剂的结构与性能
分 子 筛
分子筛是以SiO2和Al203为主要成分的结晶铝硅酸盐其晶 体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多直径相同 的孔(又称“窗口”)相连。因它能将比孔径小的分子吸 附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在外面，起到 筛分分子的作用，所以称为分子筛。
孔 % 径 分 布
吸附总量即为半径小于 某一数值的孔内所凝聚的 液体总量， 利用KeLvin公式可以找 出在某一蒸气压力下哪些 孔发生凝聚，这样便可找 出凝聚液体的体积和孔半 径的关系．
r
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
曲线的最大值表示半径为r0的 孔在此吸附剂中所占的比例 最大，故常称为“最可几孔 半径”。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
硅胶的表面结构和性能
硅
胶
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 氧 化 铝
活性氧化铝是具有吸附和催化性能的多孔大表面氧 化铝。 它广泛用作炼油、橡胶、化肥、石油化工中的吸附 剂、干燥剂、催化剂或裁体、除氟剂。
第二节 常用吸附剂的结构与性能
活 性 炭
活性炭是一种多孔性含碳物 质，具有很强的吸附能力。 它主要由各种有机物质(如 木、煤、果核、果壳等)经 炭化和活化制成的。。
改 性 方 法 与 机 理
RSiX
第三 节 固体的表面改性及应用
2、表面覆盖
改 性 方 法 与 机 理
第三 节 固体的表面改性及应用
3、等离子体处理
改 性 方 法 与 机 理
等离子，即物质的第四态，由部分电子被剥夺后的原子以 及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气态物质。 它的能量范围比气态、液体、固态物质都高。存在具有一 定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞 击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生 一系列物理和化学过程。
第5章 常用吸附剂的结构,性能和改性
一、表面改性效果的评定
稳定性与沉降性质 2. 界面电性质与沉降性质
1.
一、表面改性效果的评定
吸附试验
硅胶 2. 活性炭 A. 非极性吸附剂 B. 含有极性含氧基团
1.
一、表面改性效果的评定
红外光谱（IR）
亲水硅胶 2. 改性硅胶
1.
一、表面改性效果的评定
差热分析（DTA）
2.
孔径分布的测定 A. 吸附-脱附等温线 B. V-r曲线（依据脱附等温线计算较好） C. 孔径分布曲线
五、孔径分布（pore radius distribution）
压汞法（mercury penetration methods）
不润湿 2. 力平衡分析 3. 压汞仪
1.
五、孔径分布（pore radius distribution）
一、表面改性效果的评定
物理结构的分析
比表面积 2. 骨架密度 3. 表观密度 4. 孔体积
1.
二、表面改性的方法与机理
无机粉体和增强材料的改性
用硅烷偶联剂处理 A. 常用试剂 B. 表面形态：3D 2. 用钛酸酯偶联剂处理 3. 用表面活性剂覆盖处理 4. 用等离子体处理
1.
二、表面改性的方法与机理
1.
化学组成
七、分子筛 molecular sieve
七、分子筛 molecular sieve
结构特点
四面体结构单元 2. 环（ring） 3. β笼（β-cage）
1.
A型的晶体结构
具NaCl晶体结构 2. α -笼
1.
X型、Y型的晶体结构
八面体结构 2. 硅-铝比不同
1.
七、分子筛 molecular sieve
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密 堆积密度d堆
m
度
d堆 V堆
振实密度仪(堆密度仪)
第一节 多孔物质的物理性质
颗粒密度
密
度 颗粒密度d颗
d颗
m V颗
用d颗计算多孔物的微孔体积
第一节 多孔物质的物理性质
颗粒密度
密
度
颗粒密度仪
第一节 多孔物质的物理性质
真密度
密
3、真密度d真
度
d真
m V真
m m W1 W2
d介质
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
平 均 孔 半 径
多孔物中孔的形状极为复杂，形状极不规则 孔的立体结构更复杂， 为了研究方便一般假定为圆柱状。
第一节 多孔物质的物理性质
圆柱体的体积V r 2l,
空心圆柱（即孔隙）的内表面积S 2r l
平 均
圆柱体的平均孔半径r 2V ,V (ml / g), S (m2 / g) S
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔
V
W W 样(CCl4）
空 ( CCl 4）
W样
体
V：样品内部的微孔总体积，（ml / g)
积
W样(CCl : 4） 样品吸附CCl4的质量（g）
W空(CCl4）：空瓶吸附CCl4的质量（g）
W样：样品质量（g）
：吸附温度时CCl4的密度（g / ml）
压汞法
孔 径 分 布
第一节 多孔物质的物理性质
筛分分析法
将一套适当目数的筛子上下相
叠，网孔由上至下逐层变小，将
粒
称重后的样品倒入最上层的筛子
后在电动震动机上进行筛分。
度
为防止样品粘在筛子上，测定
前必须保证各类型样品的湿度符
合要求。
震动一定时间后称量每个筛子 里样品的重量，算出粒度百分数
第一节 多孔物质的物理性质
对于墨水瓶状的孔 P吸>P脱，产生滞后现象
第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔
径
分
f表 L 2 r
布
f退 f表 cos 2 r cos
2 r cos 2 r cos140o
f压 r2p 2 cos140o
r=p
第一节 多孔物质的物理性质
压汞法
孔 径 分 布
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔% 径 分 布
吸附总量即为半径小于 某一数值的孔内所凝聚的 液体总量， 利用KeLvin公式可以找 出在某一蒸气压力下哪些 孔发生凝聚，这样便可找 出凝聚液体的体积和孔半 径的关系．
r
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
曲线的最大值表示半径为r0的
对于一端封闭的圆柱形或平行板状的孔，不 产生吸附滞后现象。
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
RT ln p0 Vm
p吸 r
RT ln p0 2Vm
p脱 r
p脱
p吸
p吸 p0
对于两端开口的圆柱形或平行板状的孔 P吸>P脱，产生滞后现象
第一节 多孔物质的物理性质
在吸附过程中，Pb>Pa,随 着压力的升高小瓶被逐渐充 满。 随着压力的降低，开始脱 吸附，但脱吸附是从瓶口开 始的，在Pb>P>Pa时，液体 不蒸发，只有降到Pa时才能 完全脱吸附
孔 半
r 2V 103 (nm) S
径
若孔为圆锥形r 3V 103 (nm)
S
有时也可取两者的平均值r 2.5V 103 (nm) S
第一节 多孔物质的物理性质
孔
径 分 布
气体或蒸气吸附法 压汞法
多孔物孔径的分布是不均匀的
而要了解多孔物的孔结构的全貌，就必须 测定样品的孔径分布
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒
度
不同的放大倍数，1
格代表不同的长度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
可测定粒子所占格数
粒
一般统计200-300个粒子（N）
度
统计每种大小粒子的例子个数 的多少（ni）
Ni
ni N
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
粒 度
第一节 多孔物质的物理性质
显微镜法
积 Vm：盖满单分子层的饱和吸附量（ml，标准状态）
N
：阿佛加得罗常数，
A
S0：每个吸附质分子的截面积（nm2）
M：吸附质的分子量
第一节 多孔物质的物理性质
溶液吸附法
比
在溶液吸附中，若侧得溶质盖满单分子层时的
表 面
饱和吸附量(
x m
)
m
并知溶质分子的截面积S
，便可
0
积
按下式计算比表面积S：
S
x (m)m
第五章 常用吸附剂
2020/5/1
多孔物质的物理结构的测定方法 常见吸附剂的结构与性能 固体表面的改性和应用
第一节 多孔物质的物理性质
1
密度
2
比表面积
3
孔体积
4 平均孔半径
5
孔径分布
6
粒度
第一节 多孔物质的物理性质
堆密度 d堆
密 颗粒密度 d颗
度
骨架密度 d真
V堆= V隙+V孔+ V骨
第一节 多孔物质的物理性质
N AS0
第一节 多孔物质的物理性质
孔
CCl4吸附法
体
积
密度法
第一节 多孔物质的物理性质
密度法
孔 体 积
V孔
V颗
V骨
1 d颗
1 d真
第一节 多孔物质的物理性质
CCl4吸附法
孔 体 积
直接测量单位质量孔性固体的孔全部被四氯化碳充 满时所需四氯化碳的质量，根据实验温度下四氯化碳 的密度可计算出其体积，即为固体比孔容 为避免在相对压力近于1时孔性固体颗粒间发生四 氯化碳的凝结，常用低蒸气压液体(如十六烷)与四氯 化碳混合使用，用量以使四氯化碳相对压力约为0.95 为宜。
真密度
密 度
d 真＞d 颗＞d 堆
第一节 多孔物质的物理性质
比 表 面 积
气体吸附法 溶液吸附法
第一节 多孔物质的物理性质
气体吸附法
比 表 面 积
第一节 多孔物质的物理性质
气体吸附法
GB/T 19587-2004
《气体吸附BET法测定固体物质比表面积》。 比
表 面
S Vm N AS0 1020 22400
孔
孔在此吸附剂中所占的比例
径
最大，故常称为“最可几孔
分
半径”。
布
吸附量/压力
吸附量/孔径
孔径分布
ln p0 2 M 2 M cos Kelvin公式 pr RT r1 RT r
第一节 多孔物质的物理性质
吸附滞后：指在脱附过程中，脱附曲线和
吸附曲线有一部分不重合。
第一节 多孔物质的物理性质
第一节 多孔物质的物理性质
气体或蒸汽吸附法
孔
ln p0 2 M 2 M cos
径
pr RT r1 RT r
分
布
r越小，pr越小
r越大，pr越大
第一节 多孔Βιβλιοθήκη 质的物理性质气体或蒸汽吸附法
孔 径 分 布
在吸附过程中，在较低的压力下，蒸汽在 半径较小的孔中先凝聚； 在较高的压力下，在半径较大的孔中接着 发生凝聚， 直到达到饱和蒸汽压时才在孔的平坦部分 凝聚。