粉体的表面物理化学性质-ppt课件.ppt

1、第四章第四章 粉体的表面物理化学性质粉体的表面物理化学性质第一节、表面能第二节、表面润湿性第三节 、表面吸附特性1ppt课件 物相的表面：接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区所形成的界面，当其中一相为气体时，这种界面通常称为表面。 液-气界面；固-气界面 粉体的表面：粉体中所有集合的固体颗粒的表面。 粉体的表面物理化学性质：由于表面现象引起粉体，即颗粒表面发生的一切物理化学现象。2ppt课件第一节第一节 表面能表面能 物质内部的原子因为有周围原子的吸引或排斥，总是保持在平衡状态。但是，表面原子却处于只由内部原子向内的吸引的状态。这意味着表面原子与内部原子相比处于较高的能量状态。这一额外的能量只

2、是在表相区内原子（或质点）才有，所以叫表面能。 热力学中，又称为表面自由能。 对于液体，表面自由能在数值上等于液体的表面张力，其值易测。但是固体不用，虽然原则上可以用其表面张力来描述，但固体的表面张力不一定等于其表面应力。这是因为固体是一种刚性物质，流动性很差，能承受剪应力作用来抵抗表面收缩的趋势。3ppt课件表面功（surface work） 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。之

3、间的作用力，对体系做功。 温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为：系作的功，称为表面功。用公式表示为： 式中式中为比例系数，它为比例系数，它在数值上等于当在数值上等于当T，P及组成恒定的条件及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。dAW4ppt课件表面吉布斯函数(surface free energy) 表面吉布斯函数的定义：表面吉布斯函数的定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积保持温度、压力和组成不变，每增加

4、单位表面积时，时，Gibbs函数的增加值称为表面函数的增加值称为表面Gibbs函数，或函数，或简称表面自由能或表面能，用符号简称表面自由能或表面能，用符号或或 表示，单表示，单位为位为Jm-2。BnTpAG,5ppt课件表面张力（surface tension） 在两相在两相(特别是气特别是气-液液)界面上，处界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的处存在着一种张力，它垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。边界，指向液体方向并与表面相切。 将一含有一个活动边框的金属线将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，框架放在肥皂液中，然后取出悬挂，活动边在下面。由于金属框上的

5、肥活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边皂膜的表面张力作用，可滑动的边会被向上拉，直至顶部。会被向上拉，直至顶部。 在与液面相切的方向上，垂直作在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，用于单位长度线段上的紧缩力，称称为表面张力为表面张力l26ppt课件表面张力（surface tension） 如果在活动边框上挂一重物，如果在活动边框上挂一重物，使重物质量使重物质量W2与边框质量与边框质量W1所产所产生的重力生的重力F（F=（W1+W2）g）与总）与总的表面张力大小相等方向相反，则的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。金属丝不再滑动。l是滑动边的长

6、度，因膜有两个面，是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为所以边界总长度为2，就是作用于就是作用于单位边界上的表面张力。单位边界上的表面张力。 这时这时 lF2l27ppt课件l2表面张力（surface tension）8ppt课件表面张力（surface tension） 如果在金属线框中间系一线圈，如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。形成一液膜。(a)(b) 由于以线圈为边界的两边表面张由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见意形状可在液膜

7、上移动，见(a)图。图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的图，清楚的显示出表面张力的存在。显示出表面张力的存在。9ppt课件表面张力（surface tension）（a）（b）10ppt课件影响表面张力的因素（1）分子间相互作用力的影响）分子间相互作用力的影响（2）温度的影响）温度的影响 温度升高，表面张力下降，当达到临温度升高，表面张力下降，当达到临界温度界温度Tc时，界面张力趋向于零。时，界面张力趋向于零。（3）压力的影响）压力的影响 表面张力一

8、般随表面张力一般随压力的增加而下降压力的增加而下降。因为压力增。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，的化学键能的大小，一般一般化学键越强，表面张力越大化学键越强，表面张力越大。两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。两种液体间的界面张

9、力，界于两种液体表面张力之间。(金属键金属键)(离子键离子键)(极性共价极性共价键键)(非极性共价键非极性共价键)11ppt课件表面张力与表面能之间的关系表面张力与表面能之间的关系 单位的关系：J/m2=Nm/m2=N/m 表面张力与表面自由能在数值上是相等的。 对没有外力作用的表面系统，系统总表面能将自发趋向于最低化。 而一般固体表面能不等于固体表面张力，其差值与过程的弹性应变有关。 原因为： 固体是一种刚性物质，其表面质点流动性较差。 固体能够承受剪应力的作用，因此可以抵抗表面收缩的趋势。 固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使表面能与表面张力在数值上相等。 如果固体在较高的温

10、度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近似认为表面能与表面张力在数值上相等。12ppt课件表面张力与表面能之间的关系表面张力与表面能之间的关系与液体相比：1）固体表面能中包含了弹性能，所以表面张力在数值上不等于表面能。2）固体表面张力为各项异性。3）实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，决定固体表面形态的主要是形成固体表面时的条件以及它所经历的历史。4）固体表面能和表面张力的测定非常困难。13ppt课件影响固体表面能的各种因素影响固体表面能的各种因素 表面能与键性：表面能反映的是质点间的引力作用，因此具有强键力的金属和无机材料表面能较高。 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热运动削

11、弱了质点间的吸引力。 表面能与杂质： 物质中若含有少量表面张力较小的其它组分，则这些组分便会在表面层中富积，使该物质表面张力大大减小，并显著降低该物质表面能； 物质中若含有少量表面张力较大的其它组分，则这些组分便倾向于在该物质的体积内部富积，即这些组分在体内的浓度高于在表面层中的浓度，因为对该物质的表面张力只有微弱的影响，即对该物质的表面能影响不大。 对物质表面张力产生强烈影响的其它组分称为表面活化剂。14ppt课件固体表面能测定方法固体表面能测定方法15ppt课件固体表面能测定方法固体表面能测定方法4. 接触角法：液体在固体上接触角的大小，与固体表面能有关。lslscos16ppt课件第二节

12、第二节 表面润湿性表面润湿性润湿的类型润湿的类型 润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。玻璃表面置换空气而展开。 在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润湿性很好，有时则相反。如纸张，用做滤纸时，要求水对其湿性很好，有时则相反。如纸张，用做滤纸时，要求水对其润湿性好；包装水泥用的牛皮纸，则因水泥需要防水，要求润湿性好；包装水泥用的牛皮纸，则因水泥需要防水，要求水对其不

13、润湿。水对其不润湿。 1930年年Osterhof和和Bartell把润湿现象分成沾湿、浸把润湿现象分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。湿和铺展三种类型。 17ppt课件l 沾湿沾湿 沾湿：将气液界面与气固界面变为液固界面的过程。沾湿：将气液界面与气固界面变为液固界面的过程。沾湿引起体系自由能的变化为：沾湿引起体系自由能的变化为： 式中，式中，ls ls，gsgs和和gl gl分别为单位面积固一液、固一气和液分别为单位面积固一液、固一气和液一气的界面张力。一气的界面张力。glgslsG18ppt课件 沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功功WW

14、a a为为 从式知从式知sl sl越小，则越小，则WWa a越大，液体越易沾湿固体。若越大，液体越易沾湿固体。若WWa a00， 则则G0G0，沾湿过程可自发进行。沾湿过程可自发进行。lsglgsaGW19ppt课件l 浸湿浸湿浸湿是将固体完全浸入到液体中的过程，如将衣服浸泡在水中。浸湿是将固体完全浸入到液体中的过程，如将衣服浸泡在水中。 浸湿过程引起的体系自由能的变化为浸湿过程引起的体系自由能的变化为 如果用浸润功如果用浸润功WWi i来表示，则是来表示，则是 若若WWi i00，则，则G0G0，过程可自发进行。过程可自发进行。 WWi i越大，则液体在固越大，则液体在固体表面上取代气体的能

15、力愈强。体表面上取代气体的能力愈强。gslsGlsgsiGW20ppt课件l铺展铺展 置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的变化为变化为 或或 S S称为铺展系数，称为铺展系数，S0S0是液体在固体表面上自动展开的条件。是液体在固体表面上自动展开的条件。 gslsglGlsglgsGS21ppt课件SVL图图 液体在固体表面的铺展液体在固体表面的铺展22ppt课件注意注意: :上述条件均是指在无外力作用下液体自动润湿固体表

16、上述条件均是指在无外力作用下液体自动润湿固体表面的条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个面的条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，润湿过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而界面自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而定量地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些定量地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些判断条件仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。判断条件

17、仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。 23ppt课件n 接触角和接触角和 YoungYoung方程方程 将液滴（将液滴（L L）放在一理想平面（放在一理想平面（S S）上如果有一相是气体上如果有一相是气体，则接触角是气一液界面通过液体而与固一液界面所交的，则接触角是气一液界面通过液体而与固一液界面所交的角。角。18051805年，年，YoungYoung指出，接触角的问题可当作平面固体指出，接触角的问题可当作平面固体上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三个作用力达到上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，应有下面关系平衡时，应有下面关系 或或这就是著名的这就是著名的Youn

18、gYoung方程。式中方程。式中sgsg和和lglg是与液体的饱和是与液体的饱和蒸气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）蒸气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。 lsglgscosgllsgscos24ppt课件SgLsglgsl液滴在固体表面的接触角液滴在固体表面的接触角25ppt课件 接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件式，即可得：入润湿过程的判断条件式，即可得： 粘湿：粘湿： 浸湿：浸湿： 0)cos1 (glaGW01800Wa0cosgliGW0900Wi26ppt课件 铺展：铺

19、展： 其中，其中，=0=0或不存在，或不存在，S0 S0 。 根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。断一种液体对一种固体的润湿性能。) 1(cosglGS27ppt课件 从上面的讨论可以看出，对同一对液体和固体，在不同从上面的讨论可以看出，对同一对液体和固体，在不同的润湿过程中，其润湿条件是不同的。的润湿过程中，其润湿条件是不同的。实用时，通常以实用时，通常以90900 0为界：为界：90900 0，不润湿；，不润湿； 90900 0，润湿；，润湿； =0=00 0，或不存在时，铺展；，或不存在时，铺展；

20、28ppt课件n接触角的测定 躺滴或贴泡法躺滴或贴泡法 直接观测处在固体平面上的液滴或贴泡外形，再用量角器直接观测处在固体平面上的液滴或贴泡外形，再用量角器测测角。液滴或贴泡的外形也可投影或摄像后，在照片角。液滴或贴泡的外形也可投影或摄像后，在照片上直接测量上直接测量角。角。29ppt课件 斜板法斜板法 当固体平板插入液体中，在三相交界处会保持一定的接触角当固体平板插入液体中，在三相交界处会保持一定的接触角。改变插入的角度，直到液面与平板接触之处一点也不弯曲。改变插入的角度，直到液面与平板接触之处一点也不弯曲，此时板面与液面之间的夹角为接触角。，此时板面与液面之间的夹角为接触角。30ppt课件

21、 光反射法光反射法 用强的光源通过狭缝，照射到三相交界处，改变入射光的方向用强的光源通过狭缝，照射到三相交界处，改变入射光的方向，当反射光刚好沿着固体表面发出时，可以根据入射光与反，当反射光刚好沿着固体表面发出时，可以根据入射光与反射光的夹角射光的夹角2 2 j j 计算接触角。计算接触角。 j231ppt课件n 非理想固体表面上的接触角非理想固体表面上的接触角 一般固体表面，由于：一般固体表面，由于： （l l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），固体表面在化学组成上往往是不均一的；固体表面在化学组成上往往是不均一的； （2 2）因原子

22、或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷，同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷，其表面自由能亦可能不同；其表面自由能亦可能不同； （3 3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面，给接触角的测定带来极大的困难。，给接触角的测定带来极大的困难。 本节主要讨论表面粗糙度对接触角的影响。本节主要讨论表面粗糙度对接触角的影响。 32ppt课件l表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 将一液滴置于一粗糙表面，将一液滴置于一粗糙表面，有有 或或 此即

23、此即Wenze1Wenze1方程，是方程，是WenzelWenzel于于19361936年提出来的。式中年提出来的。式中r r被称为粗糙因子，被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观面积之比；也就是真实面积与表观面积之比；为某种液体在粗糙表面上的表观接为某种液体在粗糙表面上的表观接触角。触角。cos)(gllsgsrgllsgsr)(cos33ppt课件如果将如果将式与接触角计算公式比较，可得式与接触角计算公式比较，可得对于粗糙表面，对于粗糙表面，r r总是大于总是大于1 1。 coscosr34ppt课件因此：因此：（1 1）9090时，时，即在润湿的前提下，表面粗即在润湿的前提下，表面粗糙化后

24、糙化后变小，更易为液体所润湿。变小，更易为液体所润湿。（2 2）9090时，时， ，即在不润湿的前提下，表面即在不润湿的前提下，表面粗糙化后粗糙化后变大，更不易为液体所润湿。变大，更不易为液体所润湿。大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于9090，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表面上接触角在蜡表面上接触角在105105110110之间，但在粗糙的石蜡表面之间，但在粗糙的石蜡表面上，实验发现上，实验发现可高达可高达140140。 注意：注意：WenzelWenzel方程只适

25、用于热力学稳定平衡状态。方程只适用于热力学稳定平衡状态。35ppt课件n固体表面的润湿性和临界表面张力 低能表面与高能表面低能表面与高能表面 从润湿方程来看，只有固体表面能足够大才能被液体所润湿从润湿方程来看，只有固体表面能足够大才能被液体所润湿，要使接触角为零，则，要使接触角为零，则r rgsgs必须等于或大于必须等于或大于r rls ls与与r rglgl之和。之和。r rgsgs虽虽不易得到，但可以肯定不易得到，但可以肯定r rgsgs必须大于必须大于r rgl gl才有被该液体润湿的可才有被该液体润湿的可能。能。 一般常用液体的表面张力都在一般常用液体的表面张力都在100mN.m100

26、mN.m-1 -1以下，便以此为界以下，便以此为界将 固 体 分 为 两 类 ： 一 类 是 高 能 表 面 ， 其 表 面 能 高 于将 固 体 分 为 两 类 ： 一 类 是 高 能 表 面 ， 其 表 面 能 高 于100mN.m100mN.m-1-1的固体；另一类是低能表面，其表面能低于的固体；另一类是低能表面，其表面能低于100mN.m100mN.m-1 -1的固体。的固体。36ppt课件l 一般无机固体，如金属及其氧化物，硫化物卤化物及各一般无机固体，如金属及其氧化物，硫化物卤化物及各种无机盐的表面能较大，属高能表面。它们与一般液体种无机盐的表面能较大，属高能表面。它们与一般液体接

27、触后，体系自由能有较大的降低，能为这些液体润湿接触后，体系自由能有较大的降低，能为这些液体润湿。l 一般有机固体和高聚物，其表面能与一般的液体大致相一般有机固体和高聚物，其表面能与一般的液体大致相当，甚至更低，属于低能表面。当，甚至更低，属于低能表面。37ppt课件 低能表面的润湿性低能表面的润湿性 高分子聚合物一般属低能表面。高分子固体的润湿性与其分子高分子聚合物一般属低能表面。高分子固体的润湿性与其分子中的元素组成有关。在碳氢链中含有其它杂原子时，润湿性中的元素组成有关。在碳氢链中含有其它杂原子时，润湿性能改变。如加入氟原子时，润湿性降低。各种杂原子增加固能改变。如加入氟原子时，润湿性降低

28、。各种杂原子增加固体可润湿性的能力大致次序如下：体可润湿性的能力大致次序如下： FHFHClClBrIONBrION38ppt课件39ppt课件n表面活性剂对固体表面润湿性的影响表面活性剂对固体表面润湿性的影响取决于表面活性剂分子表面活性剂对固体表面润湿性的影响取决于表面活性剂分子在液固界面上定向吸附的状态和吸附量。在液固界面上定向吸附的状态和吸附量。l 高能表面转化为低能表面高能表面转化为低能表面表面活性剂的极性基向着高能表面，非极性基向外的方式形表面活性剂的极性基向着高能表面，非极性基向外的方式形成定向排列的吸附膜，于是高能表面变成低能表面。成定向排列的吸附膜，于是高能表面变成低能表面。l

29、 低能表面转化为高能表面低能表面转化为高能表面 与前相反。与前相反。40ppt课件n润湿剂l 能促使液体润湿固体或加速液体润湿固体的表面活性剂能促使液体润湿固体或加速液体润湿固体的表面活性剂称为润湿剂。称为润湿剂。l 润湿剂能改善润湿作用，其原因是它能降低液体的表面润湿剂能改善润湿作用，其原因是它能降低液体的表面张力和固液界面张力，据润湿方程可以定性判断接触角张力和固液界面张力，据润湿方程可以定性判断接触角会变小，从而改善润湿性能。会变小，从而改善润湿性能。l 能作为润湿剂的大多是阴离子型和非离子型表面活性剂能作为润湿剂的大多是阴离子型和非离子型表面活性剂。一般不使用阳离子表面活性剂，因为大多

30、数固体在溶。一般不使用阳离子表面活性剂，因为大多数固体在溶液中常常带负电荷，表面活性剂阳离子与表面强烈的电液中常常带负电荷，表面活性剂阳离子与表面强烈的电性作用，往往会使得表面活性剂尾端向着水而变成疏水性作用，往往会使得表面活性剂尾端向着水而变成疏水表面。表面。41ppt课件v用做润湿剂的阴离子表面活性剂的分子结构特点l 疏水基支链化程度高，极性基位于分子中部，有利于提疏水基支链化程度高，极性基位于分子中部，有利于提高润湿能力。高润湿能力。l 直链的表面活性剂，浓度很低时碳氢链较长的比较短的直链的表面活性剂，浓度很低时碳氢链较长的比较短的化合物能更好地改善润湿作用。但浓度高时，短链的更化合物能

31、更好地改善润湿作用。但浓度高时，短链的更有效。有效。l 在分子中引入第二个亲水性基或亲水基团，一般对润湿在分子中引入第二个亲水性基或亲水基团，一般对润湿不利。不利。42ppt课件v常用的润湿剂l 阴离子表面活性剂：阴离子表面活性剂： 烷基硫酸盐，如十二烷基硫酸钠；烷基磺酸盐；烷基苯磺烷基硫酸盐，如十二烷基硫酸钠；烷基磺酸盐；烷基苯磺酸盐；烷基萘磺酸盐等酸盐；烷基萘磺酸盐等l 非离子表面活性剂：非离子表面活性剂：含有适当数目的聚氧乙烯脂肪醇、硫醇；壬基酚聚氧乙烯醚含有适当数目的聚氧乙烯脂肪醇、硫醇；壬基酚聚氧乙烯醚、山梨醇脂肪酸酯等。、山梨醇脂肪酸酯等。43ppt课件n润湿作用的应用 洗涤洗涤l

32、 洗涤剂的作用洗涤剂的作用 一方面，降低水的表面张力，改善水对洗涤物表面的润湿性，从而一方面，降低水的表面张力，改善水对洗涤物表面的润湿性，从而去除固体表面的污垢。去除固体表面的污垢。 另一方面是洗涤剂对油污的分散和悬浮作用，也就是使从固体表面另一方面是洗涤剂对油污的分散和悬浮作用，也就是使从固体表面脱离下来能很好地分散在洗涤介质中，不再沉积在固体表面。洗涤剂具脱离下来能很好地分散在洗涤介质中，不再沉积在固体表面。洗涤剂具有乳化能力，能将从物品表面脱落下来的液体油污乳化成小液滴而分散有乳化能力，能将从物品表面脱落下来的液体油污乳化成小液滴而分散、悬浮于水中。阴离子表面活性剂不仅能使油、悬浮于水

33、中。阴离子表面活性剂不仅能使油- -水界面带电而阻止油珠水界面带电而阻止油珠的聚结，而且还能使已进入水相的固体污垢表面带电，防止其重新沉积的聚结，而且还能使已进入水相的固体污垢表面带电，防止其重新沉积在固体表面。非离子表面活性剂则可以通过较长的水化聚氧乙烯链产生在固体表面。非离子表面活性剂则可以通过较长的水化聚氧乙烯链产生空间位阻来防止污垢的聚集，提高在水中的分散性。空间位阻来防止污垢的聚集，提高在水中的分散性。 基体基体污垢污垢 + + 洗涤剂洗涤剂 = = 基体基体洗涤剂洗涤剂 + + 污垢污垢洗涤剂洗涤剂 44ppt课件l 液体污垢的去除液体污垢的去除 液体污垢的去除是通过卷缩机理进行的

34、。液体污垢原来是以液体污垢的去除是通过卷缩机理进行的。液体污垢原来是以一铺开的油膜存在于表面的，在洗涤剂优先润湿作用下，逐一铺开的油膜存在于表面的，在洗涤剂优先润湿作用下，逐渐卷缩成为油珠，最后冲洗以至离开表面。渐卷缩成为油珠，最后冲洗以至离开表面。 r rsoso= = r rswsw + + r rwowocoscos r rsoso、 r rswsw 、r rwowo分别为油分别为油- -水、固体水、固体- -水、固体水、固体- -油的表面张力油的表面张力。 如在水溶液中加入表面活性剂，由于表面活性剂易于在固体如在水溶液中加入表面活性剂，由于表面活性剂易于在固体及油面上吸附，及油面上吸附

35、， r rswsw 、r rwowo降低，为了维持新的平衡，降低，为了维持新的平衡， coscos值必须变大，即将大于值必须变大，即将大于90900 0变为小于变为小于90900 0，甚至接近于，甚至接近于零，铺展的油污逐渐发生卷缩，再在机械力的作用下去除。零，铺展的油污逐渐发生卷缩，再在机械力的作用下去除。45ppt课件46ppt课件47ppt课件第三节第三节 表面吸附特性表面吸附特性 当气相或液相中的分子（或原子）碰撞在粉体表面时，当气相或液相中的分子（或原子）碰撞在粉体表面时，由于它们之间的相互作用，使一些分子（原子、离子）由于它们之间的相互作用，使一些分子（原子、离子）停留在粉体表面，

36、造成这些分子（或原子、离子）在粉停留在粉体表面，造成这些分子（或原子、离子）在粉体表面上的浓度比在气相或液相中的浓度大，这种现象体表面上的浓度比在气相或液相中的浓度大，这种现象称为称为吸附吸附。 通常称粉体为吸附剂，被吸附的物质为吸附质。粉体的通常称粉体为吸附剂，被吸附的物质为吸附质。粉体的比表面积越大，吸附现象就越明显。比表面积越大，吸附现象就越明显。48ppt课件 粉体对液体或气体的吸附按其作用力的性质不同可分粉体对液体或气体的吸附按其作用力的性质不同可分为为物理吸附物理吸附和和化学吸附化学吸附两种类型。两者本质的区别是两种类型。两者本质的区别是吸附剂与吸附质之间有无电子转移。吸附剂与吸附

37、质之间有无电子转移。物理吸附的特征物理吸附的特征：吸附剂与吸附质之间无电子转移，吸附热吸附剂与吸附质之间无电子转移，吸附热小，吸附无选择性，其结合力主要是范德华力和静电引力，小，吸附无选择性，其结合力主要是范德华力和静电引力，而且是可逆的多层吸附。而且是可逆的多层吸附。化学吸附的特征：化学吸附的特征：吸附剂与吸附质之间有电子转移，形成化吸附剂与吸附质之间有电子转移，形成化学键，吸附热大，吸附有选择性，而且是非可逆的单层吸附。学键，吸附热大，吸附有选择性，而且是非可逆的单层吸附。49ppt课件 按吸附作用力性质的不同，可将吸附区分为按吸附作用力性质的不同，可将吸附区分为物理吸附物理吸附和和化化学

38、吸附学吸附。 物理吸附与化学吸附的区别物理吸附与化学吸附的区别50ppt课件吸附等温线吸附等温线 当吸附与脱附速度相等时，催化剂表面上吸附的气体当吸附与脱附速度相等时，催化剂表面上吸附的气体量维持不变，这种状态即为吸附平衡。量维持不变，这种状态即为吸附平衡。 吸附平衡与压力、温度、吸附剂的性质等因素有关。吸附平衡与压力、温度、吸附剂的性质等因素有关。一般地，物理吸附达到平衡时很快，而化学吸附则很一般地，物理吸附达到平衡时很快，而化学吸附则很慢。慢。 对于给定的物系，在对于给定的物系，在温度恒定温度恒定和和达到平衡达到平衡的条件下，的条件下，吸附质与压力的关系称为吸附等温式或称吸附平衡式吸附质与

39、压力的关系称为吸附等温式或称吸附平衡式，绘制的曲线称为吸附等温线。，绘制的曲线称为吸附等温线。51ppt课件吸附等温线的用途吸附等温线的用途 吸附等温线的测定和吸附等温式的建立，以定量的形式吸附等温线的测定和吸附等温式的建立，以定量的形式提供了气体的提供了气体的吸附量吸附量和和吸附强度吸附强度，为多相催化反应动力，为多相催化反应动力学的表达式提供了基础，也为固体表面积的测定提供了学的表达式提供了基础，也为固体表面积的测定提供了有效的方法。有效的方法。52ppt课件Pure & Appl. Chem., Vol. 57, No. 4, pp. 603619, 1985.Printed in Gr

40、eat Britain.1985 IUPAC53ppt课件物理吸附的等温线物理吸附的等温线有五种基本类型有五种基本类型54ppt课件I型等温线（型等温线（Langmuir等温线等温线 这种类型的等温线对含有微孔的一些材料如某些活性炭这种类型的等温线对含有微孔的一些材料如某些活性炭、硅胶、沸石等，是很常见的，对非孔性吸附剂较为少、硅胶、沸石等，是很常见的，对非孔性吸附剂较为少见见 。 对这些物质，现在一般认为，对这些物质，现在一般认为，平台可能对应的是吸附剂平台可能对应的是吸附剂的小孔完全被凝聚液充满，而不是单层的吸附饱和。的小孔完全被凝聚液充满，而不是单层的吸附饱和。55ppt课件II型等温线

41、（型等温线（s型等温线型等温线 与与IV型等温线一样，两者在低型等温线一样，两者在低PP0区都有拐点区都有拐点B，拐点拐点B相当于单分子层吸附的完成。相当于单分子层吸附的完成。 这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于20 nm时常遇到。时常遇到。在低在低PP0区区p曲线凸向上或向下，反映了吸附质与吸附曲线凸向上或向下，反映了吸附质与吸附剂相互作用的强或弱。剂相互作用的强或弱。56ppt课件III型等温线型等温线 在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B，此种吸附甚此种吸附甚为少见。为少见。 曲线下凸表明此种吸附所凭借的作用力相当弱

42、曲线下凸表明此种吸附所凭借的作用力相当弱。吸附质。吸附质对固体不浸润时的吸附，如水在石墨上的吸附即属此例对固体不浸润时的吸附，如水在石墨上的吸附即属此例。57ppt课件IV型等温线型等温线 开始部分即低开始部分即低PP0区，与区，与II型等温线类似凸向上。型等温线类似凸向上。 在较高在较高PP0区，吸附明显增加，这可能是发生了区，吸附明显增加，这可能是发生了毛细管毛细管凝聚凝聚的结果的结果。 由于毛细管凝聚，在这个区内，有可能观察到由于毛细管凝聚，在这个区内，有可能观察到滞后现象滞后现象、即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重、即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合。合。58

43、ppt课件V型等温线型等温线 在实际上也比较少见。在实际上也比较少见。 在较高在较高PP0区也存在毛细管凝聚与滞后区也存在毛细管凝聚与滞后。所谓毛细凝聚现象毛细凝聚现象是指，在一个毛细孔中，若能因吸附作用形成一个凹形的液面，与该液面成平衡的蒸汽压力P必小于同一温度下平液面的饱和蒸汽压力P0，当毛细孔直径越小时，凹液面的曲率半径越小，与其相平衡的蒸汽压力越低，换句话说，当毛细孔直径越小时，可在较低的P/P0压力下，在孔中形成凝聚液，但随着孔尺寸增加，只有在更高的P/P0压力下形成凝聚液。 59ppt课件 吸附等温线的形状充分表明了吸附质和吸附剂的本性吸附等温线的形状充分表明了吸附质和吸附剂的本性

44、。因此，对等温线的研究可以获取有关吸附剂和吸附。因此，对等温线的研究可以获取有关吸附剂和吸附性质的信息。比如用性质的信息。比如用II或或IV型等温线可以计算固体比表型等温线可以计算固体比表面积。面积。 因为因为IV型等温线是型等温线是介孔介孔的特征表现，且同时具有拐点的特征表现，且同时具有拐点B和滞后环，因而被用于中等范围孔的分布计算。和滞后环，因而被用于中等范围孔的分布计算。60ppt课件常用的等温方程常用的等温方程 描述等温吸附过程中吸附量和吸附压力的函数关系为等描述等温吸附过程中吸附量和吸附压力的函数关系为等温方程。温方程。 Langmuir等温方程、等温方程、Freundlich等温方

45、程、和等温方程、和BET方程方程等等。61ppt课件Langmuir等温方程等温方程 是一种理想的是一种理想的化学吸附模型。化学吸附模型。 可以近似地描述许多实际过程。可以近似地描述许多实际过程。 讨论气固多相催化反应动力学的出发点。讨论气固多相催化反应动力学的出发点。62ppt课件Langmuir等温方程的几点假设 1、吸附的表面是均匀的吸附的表面是均匀的，各吸附中心的能量同构；，各吸附中心的能量同构； 2、吸附粒子间的相互作用可以忽略吸附粒子间的相互作用可以忽略； 3、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，个

46、吸附粒子只占据一个吸附中心，吸附是单分子层的吸附是单分子层的； 4、在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从而达、在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从而达到吸附平衡。到吸附平衡。63ppt课件简单的Langmuir方程aPPaVVm1线性形式1mmPPVV b VVm为单分子层饱和吸附量64ppt课件BET多分子层吸附定温式多分子层吸附定温式 布尤瑙尔布尤瑙尔(Brunauer)、爱梅特爱梅特(Emmett)和和特勒尔特勒尔(Teller)三三人在兰缪尔单分子层吸附理论基础上提出人在兰缪尔单分子层吸附理论基础上提出多分子层吸附理论多分子层吸附理论，简称简称BET理论。理论。该理论假设该理论

47、假设如下：如下：固体表面是均匀的；固体表面是均匀的；吸附靠分子间力，吸附可以是多分子层的吸附靠分子间力，吸附可以是多分子层的(见见图图1)被吸附的气体分子间无相互作用力；被吸附的气体分子间无相互作用力；吸附与脱附建立起动态平衡。吸附与脱附建立起动态平衡。多分子层吸附示意图多分子层吸附示意图图图165ppt课件BET吸附等温方程式吸附等温方程式00()1 (1) /mkV PVPPkP PV 气体的吸附量气体的吸附量P 吸附气体的压力吸附气体的压力P0 吸附气体的饱和蒸汽压吸附气体的饱和蒸汽压Vm每克吸附剂的表面覆盖满单分子层时的吸附量每克吸附剂的表面覆盖满单分子层时的吸附量K 吸附热有关的常数

48、吸附热有关的常数66ppt课件表面电性表面电性 双电层：任何两个不同的任何两个不同的物相物相接触都会在两相间产生接触都会在两相间产生电势电势，这是因，这是因电荷电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量电量相相等，等，正负号正负号相反，相与相反，相与吸引吸引，形成双电层，形成双电层 67ppt课件 Zeta电位（电位） 围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为stern层区，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的

49、离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面。在这个边界上存在的电位称为Zeta（）电位。68ppt课件 等电点(isoelectric point ) 当颗粒表面上的负电荷数和固定层吸附的正电荷数相等，电位就变成了零，这时对应的溶液的pH值称为等电点。 这是粉体的重要性能之一 当溶液的pH值等电点，粉体表面带负电荷（-） 当溶液的pH值等电点，粉体表面带负电荷（+）69ppt课件表面化学性质表面化学性质 粉体表面的化学性质与粉体物料的晶体结构、化学组成、粉体表面的化学性质与粉体物料的晶体结构、化学组成、表面吸附物等有关，它决定了粉体在一定条件下的吸附表

50、面吸附物等有关，它决定了粉体在一定条件下的吸附和化学反应活性以及表面电性和润湿性等，对其应用性和化学反应活性以及表面电性和润湿性等，对其应用性能以及与表面改性剂分子的作用有重要影响。能以及与表面改性剂分子的作用有重要影响。70ppt课件(1) (1) 石英粉（硅微粉）石英粉（硅微粉） 石英等硅酸盐矿物经机械粉碎后，表面上产生游离基或离子，形成OOOSiOOOSiO 石英粉体颗粒在水和空气的作用下，表面可能产生SiOHSiOSiSiOHHH71ppt课件(2) (2) 高岭土高岭土 天然高岭土主要由片状结晶的高岭石组成，其结构单元为由一个层状硅氧四面体和一个铝氧八面体通过共同的氧离子连接而成的1