影响接触角测定的因素-课件

影响接触角测定的因素影响接触角测定的因素2 2、影响接触角测定的因素、影响接触角测定的因素前面介绍了一些常用的测定接触角的方法前面介绍了一些常用的测定接触角的方法,实施时实施时应注意以下两个问题应注意以下两个问题:平衡时间与体系温度的恒定平衡时间与体系温度的恒定,当体系未达平衡时当体系未达平衡时,接触角会变化接触角会变化,这时的接触角称这时的接触角称为动接触角为动接触角,动接触角研究关于一些粘度较大的液体动接触角研究关于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义在固体平面上的流动或铺展有重要意义(因粘度大因粘度大,平衡时间长平衡时间长)。同时。同时,关于温度变化较大的体系关于温度变化较大的体系,由于由于表面张力的变化表面张力的变化,接触角也会变化接触角也会变化,因此因此,若一已基平若一已基平达平衡的体系达平衡的体系,接触角的变化接触角的变化,估计与温度变化有关估计与温度变化有关,简单判断影响因素的方法是简单判断影响因素的方法是,平衡时间的影响一般是平衡时间的影响一般是单方向的单方向的,而温度的波动估计造成而温度的波动估计造成的升高或降低。的升高或降低。影响影响接触角测定的因素接触角测定的因素除平衡时间与温度外除平衡时间与温度外,影响接触角稳定的因素还有接触角滞影响接触角稳定的因素还有接触角滞后与吸附作用。后与吸附作用。(1)接触角滞后接触角滞后前进接触角与后退接触角前进接触角与后退接触角前进接触角前进接触角,以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前进接触角进接触角A,如将固体板插入液体中如将固体板插入液体中;后退接触角则相反后退接触角则相反,即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角,用用R表示表示,如水滴在斜玻璃板上如水滴在斜玻璃板上,流动可形成前进接触角与后流动可形成前进接触角与后退接触角。退接触角。接触角滞后及原因接触角滞后及原因指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后(A-R)影响影响接触角测定的因素接触角测定的因素造成接触角滞后的主要原因有造成接触角滞后的主要原因有:a、表面不均匀表面不均匀表面不均匀是造成接触角滞后的一个重要原因表面不均匀是造成接触角滞后的一个重要原因若固体表面由与液体亲合力不同的两部分若固体表面由与液体亲合力不同的两部分a、b组组成成,则液体对复合表面的接触角与对两种纯固体则液体对复合表面的接触角与对两种纯固体表面成分自身的接触角的关系是表面成分自身的接触角的关系是:COS=XaCOSa+XbCOSbXa、Xb指指a、b的的摩尔分数摩尔分数,a、b指液体在指液体在a固体与固体与b固体上的固体上的接触角。接触角。影响影响接触角测定的因素接触角测定的因素实践表明实践表明,前进角一般反映与液体亲合力较弱的那前进角一般反映与液体亲合力较弱的那部分固体表面的润湿性部分固体表面的润湿性,因此因此,A较大较大(COS小小),而后退角反映与液体亲合力较强的那部分固而后退角反映与液体亲合力较强的那部分固体表面的性质体表面的性质,因此因此,R较小。关于一些无机固体较小。关于一些无机固体,由于表面能较高由于表面能较高,固而极易吸附一些低表面能的物质固而极易吸附一些低表面能的物质而形成复合表面而形成复合表面,因此因此,造成液体对这种复合表面形造成液体对这种复合表面形成的接触角滞后现象成的接触角滞后现象,可见可见,欲准确测定一种固体的欲准确测定一种固体的接触角接触角,必须保证固体表面不受污染。必须保证固体表面不受污染。影响影响接触角测定的因素接触角测定的因素b、表面不平表面不平表表面面不不平平也也是是造造成成接接触触角角滞滞后后的的主主要要因因素素,若若将将一一玻玻璃璃粗粗化化后后,将将一一水水滴滴滴滴在在倾倾斜斜玻玻璃璃上上,则则出出现现接接触触角角滞后。滞后。Wenzel研研究究了了固固体体表表面面粗粗度度对对润润湿湿性性的的影影响响,他他指指出出,一一个个给给定定的的几几何何面面经经粗粗化化后后,必必定定使使表表面面积积增增大大,若若以以r表示粗化程度表示粗化程度,则则r=A(真实真实)/A(表观表观)影响影响接触角测定的因素接触角测定的因素显然显然,r越大越大,表面越不平表面越不平,这时这时,应用润湿方程应用润湿方程时应加以粗化较正时应加以粗化较正,为粗糙表面为粗糙表面上的接上的接触角触角,将上式与无粗化的润湿方程相比可得将上式与无粗化的润湿方程相比可得当当90表面粗化将使表面粗化将使,当当90,表面粗化将使表面粗化将使(接触角变大接触角变大,润湿性变润湿性变差差)。3 3、固体的润湿性质、固体的润湿性质如对可润湿的金属表面如对可润湿的金属表面,表面经打磨粗化后表面经打磨粗化后,可使润湿性变可使润湿性变好好(如电镀时需表面充分润湿如电镀时需表面充分润湿),而关于不润湿的固体表面而关于不润湿的固体表面,表面粗化表面粗化,将使将使变大变大,润湿变差润湿变差(对一些对一些高聚物表面高聚物表面,可通可通过粗化使其防水能力提高过粗化使其防水能力提高)。固体的润湿性质固体的润湿性质1、低能表面与高能表面低能表面与高能表面从润湿方程能够看出从润湿方程能够看出,当当90,可润湿可润湿,这时这时,即要求即要求,可见可见,低表面张力的液体容易润湿高表面能低表面张力的液体容易润湿高表面能的固体的固体,考虑到考虑到的数值均在的数值均在100mN/m以下以下,常以此为界常以此为界,将将固体分为两类固体分为两类:固体的润湿性质固体的润湿性质(1)表表面面张张力力大大于于100mN/m者者称称为为高高能能固固体体,这这些些固固体体易易被被液液体体所所润润湿湿,如如无无机机固固体体、金金属属及及其其氧氧化化物等。物等。(2)表表面面张张力力低低于于100mN/m者者称称为为低低能能固固体体,这这类类固固体体不不易易被被液液体体所所润润湿湿,如如有有机机固固体体、高高聚聚物物固固体。体。一般的无机物固体一般的无机物固体(陶瓷、金属等陶瓷、金属等)的表面能约在的表面能约在5005000mN/m,其数值远远大于一般液体的表面其数值远远大于一般液体的表面张力张力,因此因此,液体与这类固体接触后液体与这类固体接触后,使固体表面使固体表面能显著降低。能显著降低。固体的润湿性质固体的润湿性质2、低能表面的润湿性质低能表面的润湿性质近年来近年来,随着高聚物的广泛应用随着高聚物的广泛应用,低能表面的润湿低能表面的润湿问题越来越引起人们的重视问题越来越引起人们的重视,如某些高聚物做成的生如某些高聚物做成的生产用品与生活用品产用品与生活用品,就要求其能特别好地为水所润湿就要求其能特别好地为水所润湿(加入某些无机氧化物估计是有效的方法加入某些无机氧化物估计是有效的方法),塑料电镀塑料电镀,降解等也需要解决润湿问题。降解等也需要解决润湿问题。Zisman等人首先发现等人首先发现,同系列液体在同一固体表面同系列液体在同一固体表面的润湿程度随液体表面张力的降低而提高的润湿程度随液体表面张力的降低而提高(,COS ,S=glgl(COS-1)若以若以COS对对glgl作图作图,固体的润湿性质固体的润湿性质可得一特别好的直线可得一特别好的直线,将直线外推至将直线外推至COS=1处处(=0),相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力,称为称为c、c表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在该固体上自行铺展该固体上自行铺展,即即S=0,若为非同系列液体若为非同系列液体,以以COS对对gl 作图通常也显示线性关系作图通常也显示线性关系,将直线外推至将直线外推至COS=1处处,亦可得亦可得c。c是表征固体表面润湿性的经验参数是表征固体表面润湿性的经验参数,对某一固体而对某一固体而言言,c越小越小,说明能在此固体表面上铺展的液体便越少说明能在此固体表面上铺展的液体便越少,其可润湿状越差其可润湿状越差(即表面能较低即表面能较低)。从实验测得各种低能表面的从实验测得各种低能表面的c值值,并总结出一些经验律并总结出一些经验律:固体的润湿性质固体的润湿性质固体的润湿性与分子的极性有关固体的润湿性与分子的极性有关,极性化合物的可润湿性极性化合物的可润湿性明显优于相应的完全非极性的化合物明显优于相应的完全非极性的化合物(如纤维素的如纤维素的c=4045,而聚乙烯为而聚乙烯为31)。高分子固体的可润湿性与其元素组成有关高分子固体的可润湿性与其元素组成有关,在碳氢链中氢在碳氢链中氢被其他原子取代后被其他原子取代后,其润湿性能将明显改变其润湿性能将明显改变,用氟原子取代用氟原子取代使使c变小变小(如聚四氟乙烯为如聚四氟乙烯为18),且氟原子取代越多且氟原子取代越多,c越越小小(聚氟乙烯为聚氟乙烯为28)。而用氯原子取代氢原子则使。而用氯原子取代氢原子则使c变大变大可润湿性提高可润湿性提高,如聚氯乙烯的如聚氯乙烯的c为为39,大于聚乙烯的大于聚乙烯的31。附有两亲分子单层的高能表面显示出低能表面的性质附有两亲分子单层的高能表面显示出低能表面的性质,这这说明决定固体表面润湿性能的是其表面层的基团或原子说明决定固体表面润湿性能的是其表面层的基团或原子,而与而与固体的润湿性质固体的润湿性质基体性质关系不大。因此基体性质关系不大。因此,当表面层的基团相同时不管基当表面层的基团相同时不管基体是否相同体是否相同,其其c大致相同。大致相同。3、高能表面的自憎现象高能表面的自憎现象尽管许多液体可在高能表面上铺展尽管许多液体可在高能表面上铺展,如煤油等碳氢化合如煤油等碳氢化合物可在干净的玻璃物可在干净的玻璃,钢上铺展钢上铺展,但也有一些低表面张力的但也有一些低表面张力的液体不能在高能表面上铺展。液体不能在高能表面上铺展。出现这种现象的原因在于这些有机液体的分子在高能表出现这种现象的原因在于这些有机液体的分子在高能表面上吸附并形成定向排列的吸附膜面上吸附并形成定向排列的吸附膜,被吸附的两亲分子以被吸附的两亲分子以极性基朝向固体表面极性基朝向固体表面,而非极性基朝外排列从而使高能表而非极性基朝外排列从而使高能表面的组成与结构发生变化。即从高能表面变成低能表面面的组成与结构发生变化。即从高能表面变成低能表面,固体的润湿性质固体的润湿性质当低能表面的当低能表面的c小于液体的小于液体的lg值时值时,这些液体便不能在这些液体便不能在自身的吸附膜上铺展自身的吸附膜上铺展,这种现象叫做自憎现象。这种现象叫做自憎现象。可利用自憎现象改变固体表面的润湿性可利用自憎现象改变固体表面的润湿性,如常用一些有自如常用一些有自憎现象的油作为一些周密机械中轴承的润滑油憎现象的油作为一些周密机械中轴承的润滑油,因为如此做因为如此做能够防止油在金属零件上的铺展而形成油污。能够防止油在金属零件上的铺展而形成油污。4表面活性剂对润湿性的影响表面活性剂对润湿性的影响可利用表面活性剂以改变体系润湿性质可利用表面活性剂以改变体系润湿性质,这主要是从改变液这主要是从改变液体的表面张力入手。通过表面活性剂在界面上的吸附而使液体体的表面张力入手。通过表面活性剂在界面上的吸附而使液体表面张力下降到能在固体表面上铺展。表面张力下降到能在固体表面上铺展。4 4、表面活性剂对润湿性的影响、表面活性剂对润湿性的影响1、润湿剂、润湿剂从润湿方程看从润湿方程看,若液体的表面张力越低若液体的表面张力越低,则润湿能力越强则润湿能力越强,当某液体当某液体(如水如水)的表面张力大于某固体表面的的表面张力大于某固体表面的c值时值时,此此液体是无法润湿该固体的液体是无法润湿该固体的,但若加入表面活性剂但若加入表面活性剂,使液体的使液体的表面张力大大降低表面张力大大降低,一旦表面张力低于一旦表面张力低于c,则此时液体便能则此时液体便能润湿固体润湿固体,这种表面活性剂一般称为润湿剂。显然这种表面活性剂一般称为润湿剂。显然,cmc与与cmc值最低的表面活性剂应是最有效的表面活性剂。值最低的表面活性剂应是最有效的表面活性剂。选择合适的润湿剂应注意的事项是选择合适的润湿剂应注意的事项是:润湿剂在固体表面上吸附时润湿剂在固体表面上吸附时,不应形成憎水基朝外的吸附不应形成憎水基朝外的吸附层层由于固体表面通常是带负电的由于固体表面通常是带负电的,阳离子型活性剂常形成憎阳离子型活性剂常形成憎水基朝外的吸附层水基朝外的吸附层,因此因此,不宜采纳。不宜采纳。表面活性剂对润湿性的影响表面活性剂对润湿性的影响2、固体表面活性剂、固体表面活性剂表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附以改变固体表面的表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附以改变固体表面的组成与结构组成与结构,使高能表面变为低能表面使高能表面变为低能表面,而降低润湿性。而降低润湿性。产生物理吸附的表面活性剂有产生物理吸附的表面活性剂有:重金属皂类、长链脂肪酸、重金属皂类、长链脂肪酸、有机胺盐、有机硅化合物、合氟表面活性剂等有机胺盐、有机硅化合物、合氟表面活性剂等,这些表面活这些表面活性剂一般是在表面形成憎水基朝外的吸附层性剂一般是在表面形成憎水基朝外的吸附层,而使固体表面而使固体表面能降低。能降低。若表面活性剂的亲水基在固体表面产生化学吸附若表面活性剂的亲水基在固体表面产生化学吸附,而使憎而使憎水基朝外水基朝外,则这亦有利于降低固体的表面能而使其润湿性降则这亦有利于降低固体的表面能而使其润湿性降低低,这方面的实例有黄药这方面的实例有黄药(黄原酸黄原酸)在矿物浮选中的应用。在矿物浮选中的应用。黄药与方铅矿表面发生化学作用。黄药与方铅矿表面发生化学作用。表面活性剂对润湿性的影响表面活性剂对润湿性的影响这时这时,矿物表面的外层为碳氢基矿物表面的外层为碳氢基,其润湿性大大下降其润湿性大大下降,并附并附着于鼓入的气泡中被浮选到液体表面着于鼓入的气泡中被浮选到液体表面,又如用甲基氯硅烷处又如用甲基氯硅烷处理玻璃或带有表面羟基的固体表面理玻璃或带有表面羟基的固体表面,甲基氯硅烷与固体表面甲基氯硅烷与固体表面上的羟基作用上的羟基作用,释出氯化氢释出氯化氢,形成化学键形成化学键Si-0键键,这使原来这使原来亲水的固体表面被甲基所覆盖而具有憎液性强与长期有效的亲水的固体表面被甲基所覆盖而具有憎液性强与长期有效的特点特点,可通过此方法改性可通过此方法改性玻璃表面从而使其防水玻璃表面从而使其防水(如汽车如汽车玻璃玻璃,玻璃镜片等玻璃镜片等)。再如普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性再如普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性,因此特因此特别别易被水沾湿易被水沾湿,不能防雨不能防雨,若采纳季胺盐类活性剂与氟氢化合若采纳季胺盐类活性剂与氟氢化合物混合处理后物混合处理后,表面活性剂的极性基与纤维的醇羟基结合表面活性剂的极性基与纤维的醇羟基结合表面活性剂对润湿性的影响表面活性剂对润湿性的影响而憎水基朝向空气而憎水基朝向空气,从而使棉布表面从润湿变为不润湿从而使棉布表面从润湿变为不润湿,由此方法可做成雨衣或防水布。由此方法可做成雨衣或防水布。以上讨论的是极性固体的表面改性以上讨论的是极性固体的表面改性,若为非极性固体若为非极性固体表面表面,若通过表面活性剂的吸附形成亲水基向外的吸附若通过表面活性剂的吸附形成亲水基向外的吸附层则可使憎水表面变为亲水表面层则可使憎水表面变为亲水表面,即使其润湿性提高即使其润湿性提高,如如将聚乙烯将聚乙烯,聚四氟乙烯聚四氟乙烯,石蜡等典型的低能固体浸在氢石蜡等典型的低能固体浸在氢氧化铁或氢氧化锡溶胶中氧化铁或氢氧化锡溶胶中,经过一段时间经过一段时间,水合金属氧化水合金属氧化物在低能表面产生较物在低能表面产生较强的吸附强的吸附,干燥后可使表面润湿性发干燥后可使表面润湿性发生永久性的变化生永久性的变化,即从憎水变为亲水。即从憎水变为亲水。浮游选矿浮游选矿浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂,使它的亲水基团只吸在矿砂的表面,憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时,就使表面产生憎水性,它会附在气泡上一起升到液面,便于收集。5 5、润湿热、润湿热润湿热润湿热将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热,采纳微量量热计等周密量热仪器能够测出各种固体与采纳微量量热计等周密量热仪器能够测出各种固体与液体浸润过程中的热效应。液体浸润过程中的热效应。同接触角一样同接触角一样,润湿热的数值也能够作为固液体系润湿热的数值也能够作为固液体系润湿性能的表征润湿性能的表征,在在S0的场合的场合,采纳润湿热数据采纳润湿热数据作为表征更有现实意义。作为表征更有现实意义。由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。润湿热润湿热另一方面另一方面,依照依照Fowkes关系式关系式在上式中在上式中,若若lg,及及已知已知,通过实验测得通过实验测得Hi,便可求便可求,而对非极性固体而对非极性固体润湿作用的其他应用举例润湿作用的其他应用举例润湿作用的其他应用举例润湿作用的其他应用举例1、金属焊接金属焊接金属焊接时金属焊接时,应选择粘附功应选择粘附功Wa大的焊剂大的焊剂,除此之外除此之外,还还应选择一些配合溶剂以除去金属表面的氧化膜应选择一些配合溶剂以除去金属表面的氧化膜,这种溶剂应这种溶剂应既能溶解氧化膜又能润湿金属既能溶解氧化膜又能润湿金属,同时同时,又要能被焊剂从金属又要能被焊剂从金属表面顶替出来表面顶替出来,从而使焊剂在金属表面铺展从而使焊剂在金属表面铺展,如松香就具备如松香就具备上述性能而作为常用的焊接溶剂。上述性能而作为常用的焊接溶剂。2、滴状冷凝滴状冷凝若将一般暖气管内壁改若将一般暖气管内壁改为憎水表面为憎水表面,则水蒸气在管内凝成液则水蒸气在管内凝成液滴并沿管壁流下滴并沿管壁流下,而可不能铺展成水膜而可不能铺展成水膜,如此如此,在提高热交换在提高热交换率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上问题。问题。润湿作用的其他应用举例润湿作用的其他应用举例3、阳极效应阳极效应阳极效应是指在电解熔融盐的过程中阳极效应是指在电解熔融盐的过程中,槽压突然急剧升高槽压突然急剧升高,而电流强度则急剧下降而电流强度则急剧下降,阳极周围出现细微火花放电光圈阳极周围出现细微火花放电光圈,阳极停止析出气泡阳极停止析出气泡,这时这时,电解质与阳极间好像被一层气体电解质与阳极间好像被一层气体膜隔开似的。膜隔开似的。关于阳极效应的一种解释是关于阳极效应的一种解释是:当电解质的浓度较大时当电解质的浓度较大时,电解电解质对阳极的润湿性较好质对阳极的润湿性较好,能顺利地把阳极上产生的气泡排挤掉能顺利地把阳极上产生的气泡排挤掉,因此因此,不致发生阳极效应不致发生阳极效应,但当电解质浓度较低时但当电解质浓度较低时,电解质对电解质对阳极的润湿性下降阳极的润湿性下降,阳极上产生的气泡不能及时被电解质排挤阳极上产生的气泡不能及时被电解质排挤掉掉,因此小气泡逐渐长大粘附在阳极上并成一层气膜。因此小气泡逐渐长大粘附在阳极上并成一层气膜。第六章第六章、固液界面固液界面吸附作用吸附作用固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等,都涉及都涉及固体自溶液中的吸附现象。固体自溶液中的吸附现象。溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在固体表面吸附的难易取决于它们与表面作用力的强固体表面吸附的难易取决于它们与表面作用力的强弱。一般来说弱。一般来说,与固体表面性质相近的组分易被吸与固体表面性质相近的组分易被吸附。例如附。例如,炭自乙醇与苯的混合液中吸附时苯易被炭自乙醇与苯的混合液中吸附时苯易被吸附吸附;若用硅胶若用硅胶,显然乙醇易被吸附。显然乙醇易被吸附。1 1、固液吸附的本质与特点固液吸附的本质与特点1)本质是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用下下,向固体表面富集向固体表面富集,同时降低表面张力同时降低表面张力。2)特点a、分子间作用力比气相大、分子间作用力比气相大;b、相互作用力较复杂、相互作用力较复杂;c、杂质将影响吸附结果、杂质将影响吸附结果;d、吸附平衡比气相慢、吸附平衡比气相慢;e、以物理吸附居多、以物理吸附居多;f、实验方法简单。、实验方法简单。2 2、自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附设溶液由设溶液由1与与2两种相互混溶的液体组成。其组两种相互混溶的液体组成。其组成可从纯的成可从纯的1变为纯的变为纯的2,即任何一种组分的组成即任何一种组分的组成变化范围均为变化范围均为01,浓度用浓度用x表示表示。1)复合吸附等温线复合吸附等温线吸附前吸附前n0=n10+n20吸附平衡吸附平衡n10=n1b+m n1sn20=n2b+m n2s以以x1与与x2表示溶液体相中表示溶液体相中1、2组分的摩尔分数组分的摩尔分数自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附可得吸附等温线可得吸附等温线(U型、型、S型、直线型型、直线型)为正吸附为正吸附为负吸附为负吸附无吸附无吸附自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附2)、单个吸附等温线单个吸附等温线复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合复合等温线是溶液中各组分吸附等温线的综合结果。由于一个方程中有结果。由于一个方程中有n1s与与n2s两个变量两个变量,因因此此,无法同时从复合等温线求得无法同时从复合等温线求得n1s与与n2s。a、从混合蒸汽中吸附、从混合蒸汽中吸附自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附b、从纯蒸气吸附、从纯蒸气吸附仍设从液相中的吸附与从气相中的吸附相同仍设从液相中的吸附与从气相中的吸附相同,而而且都是单分子层吸附且都是单分子层吸附,但吸附层成分与溶液中不同。但吸附层成分与溶液中不同。当当1g吸附剂自由吸附剂自由1与与2组成的混合溶液中吸附时组成的混合溶液中吸附时,应有下述关系应有下述关系:若以若以表示表示1g吸附剂在组分吸附剂在组分1与与2的纯饱与蒸的纯饱与蒸汽中吸附的单层饱与吸附量。即汽中吸附的单层饱与吸附量。即自浓溶液中的吸附自浓溶液中的吸附3 3、自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附在稀溶液中在稀溶液中,可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温可用兰格缪尔或弗仑德里胥吸附等温式以描述吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质与式以描述吸附量随平衡浓度变化。假设溶液中溶质与溶剂分子吸附在固体表面上占有同样大的面积溶剂分子吸附在固体表面上占有同样大的面积,吸吸附可看作是下面过程的平衡附可看作是下面过程的平衡:被吸附的溶质液相中的溶剂被吸附的溶质液相中的溶剂=被吸附的溶剂液相被吸附的溶剂液相中的溶质中的溶质若以若以1表示溶剂表示溶剂,2表示溶质表示溶质,l表示液相表示液相,s表示表表示表面相面相,上面的平衡可写作上面的平衡可写作自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附平衡常数为平衡常数为 a a1 1l l、a a2 2l l 是溶剂与溶质在液相中的活度是溶剂与溶质在液相中的活度,x x1 1s s、x x2 2s s 是溶剂与溶是溶剂与溶质在表面相的摩尔分数。关于稀溶液质在表面相的摩尔分数。关于稀溶液 a a1 1l l 可近似视为常数可近似视为常数,令令代入得代入得自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附因为因为 x x1 1s sx x2 2s s1 1 因此因此在稀溶液中在稀溶液中 a a2 2l lcc2 2l l,即用溶质的浓度代替活度。若表面的吸即用溶质的浓度代替活度。若表面的吸附位数为附位数为 n ns smolmolg g-1-1,则溶质的表面覆盖分数为则溶质的表面覆盖分数为 n n2 2s s/n/ns s,溶剂的表面覆盖分数为溶剂的表面覆盖分数为 1 1n n1 1s s/n/ns s,n n1 1s s 与与n n2 2s s 分别为溶剂分别为溶剂与溶质吸附量与溶质吸附量,且有且有 n ns sn n1 1s sn n2 2s s。由于。由于 x x2 2s sn n2 2s s/n/ns s ,故故可写作可写作 自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附式即为兰格缪尔式即为兰格缪尔(LangmuirLangmuir)等温式。其直线式形式为等温式。其直线式形式为关于不均匀表面关于不均匀表面,b b 不是常数不是常数,而是随覆盖分数而变而是随覆盖分数而变,这时这时,可用弗伦德里胥公式可用弗伦德里胥公式(FreundlichFreundlich)或或其中其中 K K 与与 n n 为常数为常数,n1n1。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附图为脂肪酸的吸附等温线。其中图为脂肪酸的吸附等温线。其中(a)(a)为活性炭自水溶液中的为活性炭自水溶液中的吸附吸附,而而(b b)为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸为硅胶自苯溶液中的吸附。脂肪酸(RCOOHRCOOH)一端一端具有憎水基具有憎水基,另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的吸附另一端具有亲水基。在水溶液中非极性的吸附剂活性炭选择吸附憎水基剂活性炭选择吸附憎水基,故吸附量顺序为丁酸故吸附量顺序为丁酸 丙酸丙酸 乙酸乙酸,而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水基而在苯溶液中极性的吸附剂硅胶选择吸附亲水基,吸附吸附量顺序为乙酸量顺序为乙酸 丙酸丙酸 丁酸。丁酸。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线右图为活性炭自乙醇溶液中吸附苯的吸附等温线,在稀溶液中在稀溶液中对苯而言表现为正吸附对苯而言表现为正吸附,而在浓溶液中则为负吸附而在浓溶液中则为负吸附。固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质与浓剂之间的相互作用固体自溶液中吸附涉及吸附剂、溶质与浓剂之间的相互作用,关系较为复杂。原则上说关系较为复杂。原则上说,降低固液界面自由能愈多的组分降低固液界面自由能愈多的组分易被吸附。具体地说易被吸附。具体地说,可总结出如下数条定性规律可总结出如下数条定性规律:1 1)极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于极性的吸附剂易于吸附极性的溶质而非极性的吸附剂易于吸附非极性的溶质。吸附非极性的溶质。2 2)溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度溶解度愈小的溶质愈易被吸附。一溶质在溶剂中的溶解度愈小愈小,说明其稳定性愈低说明其稳定性愈低,自由能愈大自由能愈大,故脱离本相进入表面相故脱离本相进入表面相的倾向就愈大。的倾向就愈大。自稀溶液中的吸附例如例如,脂肪酸的碳链愈长脂肪酸的碳链愈长,在水中的溶解度愈小在水中的溶解度愈小,愈愈易被活性炭所吸附。相反地易被活性炭所吸附。相反地,在四氯化碳中在四氯化碳中,脂肪酸的脂肪酸的溶解度随碳链的增长而增大溶解度随碳链的增长而增大,它们被活性炭吸附的规律它们被活性炭吸附的规律与在水中恰好相反。与在水中恰好相反。(3)吸附剂的影响吸附剂的影响吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有特别大吸附剂的化学组成及其表面性质对吸附作用有特别大影影响。例如响。例如,炭自水中可吸附有机物炭自水中可吸附有机物,而硅胶自水中对低而硅胶自水中对低分子有机物几乎不吸附分子有机物几乎不吸附,这是因为两种吸附剂的性质有这是因为两种吸附剂的性质有极大的不同。对同一类吸附剂极大的不同。对同一类吸附剂,当其比表面、孔结构、当其比表面、孔结构、后处理条件不同时后处理条件不同时,吸附能力也可有特别大差别。吸附能力也可有特别大差别。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附(4)、无机盐的影响无机盐的影响当有强电解质存在时可使吸附量发生变化当有强电解质存在时可使吸附量发生变化,一般规律是一般规律是:无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量增加。这无机盐的存在可使有机物水溶液中溶质的吸附量增加。这是因为无机盐强烈的水合作用减少水的有效浓度是因为无机盐强烈的水合作用减少水的有效浓度,因此有因此有机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用机物的溶解度减少。另一种说法是无机盐与水的相互作用减少了有机物与水形成氢键的机会减少了有机物与水形成氢键的机会,从而降低其溶解度。从而降低其溶解度。若有机物含有分子内氢键若有机物含有分子内氢键,则其溶解度与无机盐存在与则其溶解度与无机盐存在与否关系不大否关系不大,以此可判断有机物的结构。以此可判断有机物的结构。自稀溶液中的吸附自稀溶液中的吸附(5)温度对吸附量的影响温度对吸附量的影响吸附过程多数是放热的吸附过程多数是放热的,故吸附量常随温度升高故吸附量常随温度升高而下降。但温度对溶解度也有影响而下降。但温度对溶解度也有影响,一般情况下一般情况下温度升高溶解度增大温度升高溶解度增大,因此因此,温度与溶解度对吸附温度与溶解度对吸附的影响一般来说是一致的的影响一般来说是一致的,即温度升高即温度升高,吸附量降吸附量降低。关于溶解度随温度增高而降低的场合低。关于溶解度随温度增高而降低的场合(如具如具有低会溶点的体系有低会溶点的体系),有时估计产生吸附量随温度有时估计产生吸附量随温度增高而增加的情况。增高而增加的情况。4 4、自电解质溶液中的吸附自电解质溶液中的吸附(1)、离子吸附与电双层离子吸附与电双层1)离子吸附的原因离子吸附的原因a、体相中与固液界面上某组分的化学势不同体相中与固液界面上某组分的化学势不同,从而发生离子的迁移与吸附从而发生离子的迁移与吸附;b、固体表面的可离解基团由于介质固体表面的可离解基团由于介质pH的变化而的变化而产生不同程度的离解而使表面带电。产生不同程度的离解而使表面带电。(2)、双电层形成双电层形成由于固体表面带有电荷由于固体表面带有电荷,因此溶液中的反离子必因此溶液中的反离子必将靠近表面而形成双电层。将靠近表面而形成双电层。自电解质溶液中的吸附自电解质溶液中的吸附关于固体溶液界面电双层产生的原因关于固体溶液界面电双层产生的原因,最早提出见解的最早提出见解的是赫姆霍茨是赫姆霍茨(Helmholtz)。他认为。他认为,当将金属片插入水或金当将金属片插入水或金属盐溶液中时属盐溶液中时,金属表面晶格上的离子金属表面晶格上的离子,受到极性水分子受到极性水分子的吸引的吸引,有脱离金属表面进入溶液形成水合离子的趋势有脱离金属表面进入溶液形成水合离子的趋势,这时这时,金属表面由于电子过剩而带负电而溶液相带正电。金属表面由于电子过剩而带负电而溶液相带正电。另一方面另一方面,溶液中的金属离子亦有由溶液相进入金属相而溶液中的金属离子亦有由溶液相进入金属相而使电极表面带正电的趋势。金属离子的这种相间转移趋使电极表面带正电的趋势。金属离子的这种相间转移趋势取决于金属离子在两相中的电化学势的相对大小势取决于金属离子在两相中的电化学势的相对大小,即金即金属离子总是从电化学势较高的相转入电化学势较低的相属离子总是从电化学势较高的相转入电化学势较低的相中。中。双电层模型双电层模型最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的最后由于受相间电化学势差的制约及静电引力的作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极溶液界作用而达平衡。赫姆霍茨将达平衡时电极溶液界面电荷分布比拟为一平行板电容器面电荷分布比拟为一平行板电容器,如左图所示。如左图所示。双电层模型双电层模型尽管这一模型在数学上较易处理尽管这一模型在数学上较易处理,但未免过于但未免过于简化。实际上简化。实际上,由于热运动由于热运动,溶液一侧的水合离溶液一侧的水合离子只有一部分是比较紧密地附着在电极表面上子只有一部分是比较紧密地附着在电极表面上,另一部分另一部分,则类似德拜则类似德拜-休克尔离子氛模型休克尔离子氛模型,扩扩散地分布到本体溶液中。故此散地分布到本体溶液中。故此,现在的看法是现在的看法是形成扩散双电层形成扩散双电层,其中较紧密地固定在固体表其中较紧密地固定在固体表面上的部分称为紧密层面上的部分称为紧密层,另外部分称为扩散层。另外部分称为扩散层。这种这种“扩散双电层扩散双电层”的概念最早由查普曼的概念最早由查普曼(chapman)提出提出,而在此以后逐步完善而在此以后逐步完善。具体。具体图象上图中所示。图象上图中所示。双电层模型双电层模型继查普曼之后继查普曼之后,1924年年,斯特恩斯特恩(O、Stern)将赫姆霍茨将赫姆霍茨模型与查普曼模型结合起来模型与查普曼模型结合起来,他考虑到一部分水化正离他考虑到一部分水化正离子是以紧密吸附的形式子是以紧密吸附的形式,聚集在赫姆霍茨平面上聚集在赫姆霍茨平面上;而其而其余则形成扩散双电层。此模型与赫姆霍茨模型与查普余则形成扩散双电层。此模型与赫姆霍茨模型与查普曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体表面上的曼模型的一个主要区别在于它把吸附在固体表面上的离子看成是固定在固体表面的一部分而不是流动的。离子看成是固定在固体表面的一部分而不是流动的。同时同时,它考虑到离子特别是水合离子占有一定体积而不它考虑到离子特别是水合离子占有一定体积而不是点电荷。是点电荷。1947年年,格拉哈姆格拉哈姆(D:CGrahame)又作了进一步改进。又作了进一步改进。他认为离子在固体表面上还估计存在化学吸附他认为离子在固体表面上还估计存在化学吸附,被吸附被吸附后溶剂化去除后溶剂化去除,因而在电极表面上有两个赫姆霍茨平面因而在电极表面上有两个赫姆霍茨平面(见上图中见上图中)。双电层模型双电层模型图上画出被化学吸附的去水化负离子图上画出被化学吸附的去水化负离子,它的中心它的中心连线形成的平面称为内赫姆霍茨平面连线形成的平面称为内赫姆霍茨平面,以以IHP表表示。而由于静电作用吸附在表面上的水化正离示。而由于静电作用吸附在表面上的水化正离子的中心连线形成的平面称为外赫姆霍茨平面子的中心连线形成的平面称为外赫姆霍茨平面,以以OHP表示。在此以内至电极表面称为紧密层表示。在此以内至电极表面称为紧密层,在此以外延伸至本体溶液在此以外延伸至本体溶液,称为扩散层称为扩散层,扩散双扩散双电层即由紧密层与扩散层共同构成。其电势分电层即由紧密层与扩散层共同构成。其电势分布如上图右所示。其中布如上图右所示。其中为热力学电势为热力学电势,(Zeta)称为扩散层电势称为扩散层电势,(-)为紧密层电为紧密层电势。势。双电层模型双电层模型双电层与双电层与电势电势(1)胶团结构胶团结构因为胶粒的大小介于因为胶粒的大小介于1100nm之间之间,故每一胶粒故每一胶粒必定是由许多分子或原子聚集而成的。我们往往必定是由许多分子或原子聚集而成的。我们往往将组成胶粒核心部分的固态微粒称为胶核。例如将组成胶粒核心部分的固态微粒称为胶核。例如用稀用稀AgNO3溶液与溶液与KI溶液制备溶液制备AgI溶胶时溶胶时,由反由反应生成的应生成的AgI微粒首先形成胶核。胶核常具有晶微粒首先形成胶核。胶核常具有晶体结构体结构,它特别容易从溶液中选择性地吸附某种组它特别容易从溶液中选择性地吸附某种组成与之相似的离子而使胶核带电成与之相似的离子而使胶核带电,因此因此,胶核实际胶核实际上应包括固体微粒表层的带电离子。上应包括固体微粒表层的带电离子。双电层模型双电层模型胶核表层荷电后胶核表层荷电后,留在溶液中的反离子留在溶液中的反离子(即与被即与被胶核吸附的离子带相反电荷的离子胶核吸附的离子带相反电荷的离子)由于离子由于离子静电作用必围绕于胶核周围静电作用必围绕于胶核周围,但离子本身的热但离子本身的热运动又使一部分反离子扩散到较远的介质中去。运动又使一部分反离子扩散到较远的介质中去。可见可见,一些紧紧地吸引于胶核近旁的反离子与一些紧紧地吸引于胶核近旁的反离子与被吸附于胶核表层的离子组成被吸附于胶核表层的离子组成紧密层紧密层,而其余而其余的反离子则组成的反离子则组成扩散层扩散层。胶核与紧密层组成。胶核与紧密层组成胶粒胶粒(Colloidalparticle),而胶粒与扩散层中的反而胶粒与扩散层中的反离子组成胶团离子组成胶团(micelle)。胶团分散于液体介质。胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。中便是通常所说的溶胶。双电层模型双电层模型用用AgNO3稀溶液与稀溶液与KI溶液制备溶液制备AgI溶胶时溶胶时,其胶团结构式能够表示为其胶团结构式能够表示为:：双电层模型双电层模型以下介绍滑动面与以下介绍滑动面与电势。电势。滑动面是当固液两相发生相对移动时呈现在固滑动面是当固液两相发生相对移动时呈现在固液交界处的一个高低不平的曲面液交界处的一个高低不平的曲面,它位于紧密层它位于紧密层之外之外,扩散层之中且距固体表面的距离约为分子扩散层之中且距固体表面的距离约为分子直径大小处。滑动面与溶液本体之间的电势差称直径大小处。滑动面与溶液本体之间的电势差称为为电势。有时也称为电动电势电势。有时也称为电动电势,这是因为只这是因为只有当固液两相发生相对移动时才有有当固液两相发生相对移动时才有电势电势,可可见见,电势是滑动面存在的结果电势是滑动面存在的结果,而滑动面是而滑动面是电势产生的基础。电势产生的基础。双电层模型双电层模型当电解质的浓度增加时当电解质的浓度增加时,介质中反离子的浓度加大介质中反离子的浓度加大,将压缩扩散层使其变薄将压缩扩散层使其变薄,把更多的反离子挤进滑动把更多的反离子挤进滑动面以内面以内,使使电势在数值上变小电势在数值上变小,如下图所示。当如下图所示。当电解质的浓度足够大时电解质的浓度足够大时,可使可使电势为零。此时相电势为零。此时相应的状态应的状态,称为等电态。称为等电态。处于等电态的粒子是不带电的处于等电态的粒子是不带电的,电泳电泳,电渗的速度也必定为零。电渗的速度也必定为零。此时此时,溶胶特别容易聚沉。溶胶特别容易聚沉。电势可自电泳电势可自电泳,电渗等实验电渗等实验中求得。中求得。双电层模型双电层模型另外另外,处于扩散层中的离子可被加入溶液中的处于扩散层中的离子可被加入溶液中的同性离子取代。假如原来半径小的离子被半径大同性离子取代。假如原来半径小的离子被半径大的离子所交换的离子所交换,则由于后者能较强地吸附在表面则由于后者能较强地吸附在表面,从而导致双电层变薄与从而导致双电层变薄与电势下降。电势下降。当高价离子交换低价离子时当高价离子交换低价离子时,不仅能降低不仅能降低电电势势,而且有估计改变表面带电的符号。这是由于而且有估计改变表面带电的符号。这是由于高价反离子具有特别强的吸附能力高价反离子具有特别强的吸附能力,在表面上可在表面上可能超量吸附。能超量吸附。双电层模型双电层模型电解质离子在固液界面上的吸附电解质离子在固液界面上的吸附在一定条件下在一定条件下,电解质能够分子状态在固液界面上吸附电解质能够分子状态在固液界面上吸附,但大多数情况是以离子形式被吸附但大多数情况是以离子形式被吸附,电解质的吸附主要有电解质的吸附主要有两种形式。两种形式。(1)Stern层吸附层吸附静电吸附静电吸附可用可用Langmuir吸附等温式描述吸附等温式描述离子交换离子交换d为紧密层电势为紧密层电势,为吸附势能为吸附势能,可见可见,决定决定吸附能力大小的除静电作用外吸附能力大小的除静电作用外,还有非静电作用还有非静电作用,也有离子在带电符号相同的固体表面上吸附的例也有离子在带电符号相同的固体表面上吸附的例子子,此时吸附主要是非电性力起作用此时吸附主要是非电性力起作用,如范得华引力如范得华引力(2)离子交换离子交换M1+RM2M2+RM1交换离子交换离子固体固体离子交换剂离子交换剂交换吸附的平衡常数交换吸附的平衡常数K的大小反映了离子交换过程的趋的大小反映了离子交换过程的趋势势,有时也用有时也用G的值来表示交换能力大小。的值来表示交换能力大小。离子交换剂离子交换剂的基本特性称为交换容量或交换能力的基本特性称为交换容量或交换能力,通常用通常用mmol/g表示表示离子交换离子交换离子交换已在分离离子交换已在分离(如含磺酸基的交联聚苯乙烯树如含磺酸基的交联聚苯乙烯树脂可分离所有的稀士元素脂可分离所有的稀士元素,含羟基与磺酸基的酚醛含羟基与磺酸基的酚醛树脂可分离蛋白质水解产生的树脂可分离蛋白质水解产生的20多种氨基酸多种氨基酸,燃料燃料电池的隔膜如全氟磺酸膜电池的隔膜如全氟磺酸膜交换交换)。等方面得到应。等方面得到应用。用。(3)选择性吸附选择性吸附a、选择吸附与固体类似的溶质、选择吸附与固体类似的溶质(晶体扩充晶体扩充)b、选择易在固体表面生成难溶化含物的离子。如当、选择易在固体表面生成难溶化含物的离子。如当KI过量过量吸附吸附I-,当当AgNO3过量过量,吸附吸附Ag+。5 5、自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附大分子化合物在固液界面的吸附在分散体系的稳定与聚凝作大分子化合物在固液界面的吸附在分散体系的稳定与聚凝作用中有广泛的应用。用中有广泛的应用。特点特点:大分子在固液界面上可有多种构型大分子在固液界面上可有多种构型,故吸附平衡故吸附平衡慢。慢。分子量大分子量大,形状可变形状可变,可发生多点吸附可发生多点吸附,且脱附慢。且脱附慢。(1)、吸附等温式吸附等温式为为大分子大分子化合物的链节数化合物的链节数,C为平衡浓度为平衡浓度,为覆盖度为覆盖度(2)、影响吸附的因素影响吸附的因素1)吸附速度吸附速度由于大分子分子量大由于大分子分子量大,扩散慢扩散慢,且吸附时常伴随着分子构型且吸附时常伴随着分子构型的变化的变化,故其吸附速度慢故其吸附速度慢,这就给讨论大分子吸附带来困难。这就给讨论大分子吸附带来困难。自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附2)分子量的影响分子量的影响对孔性固体对孔性固体,分子量增加分子量增加,吸附量减少。吸附量减少。对大孔或非孔固体对大孔或非孔固体=1只有只有1个吸附点个吸附点=0表表示大分子完全平躺。示大分子完全平躺。s=KM,s=KM,s与与M成成正正比比;当当=0,s与与M无关无关,s=K。3)溶剂的影响溶剂的影响在良溶剂中在良溶剂中,大分子较伸展大分子较伸展,吸附量减少。吸附量减少。若溶剂产生竞争吸附若溶剂产生竞争吸附,吸附量减少。吸附量减少。自大分子溶液中的吸附自大分子溶液中的吸附4)温度的影响温度的影响存在着温度升高使吸附量下降与温度升高使吸附量升高两存在着温度升高使吸附量下降与温度升高使吸附量升高两种情况。第二种情况种情况。第二种情况可认为吸附是吸热过程可认为吸附是吸热过程Ho,但但G0,故故S必大于零必大于零,这可认为大分子的吸附顶替了固体这可认为大分子的吸附顶替了固体表面上的溶剂分子表面上的溶剂分子(第一种情况第一种情况可认为是焓控制可认为是焓控制)。5)吸附剂性质的影响吸附剂性质的影响主要是表面的化学性质、比表面与孔性的影响。主要是表面的化学性质、比表面与孔性的影响。如弱氧化的炭黑比强氧化的炭黑可易吸附非极性大分子如弱氧化的炭黑比强氧化的炭黑可易吸附非极性大分子,当表面化学性质相同时当表面化学性质相同时,表面积增加表面积增加,吸附量增加。吸附量增加。同样的孔径同样的孔径,低分子量大分子易被吸附低分子量大分子易被吸附,而高分子量大分而高分子量大分子则较难。子则较难。6 6、表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附(1)、吸附等温线吸附等温线主要有三种形式主要有三种形式L型型S型型LS型型出现最高点是存在少量高活性杂质出现最高点是存在少量高活性杂质,在形成胶团前在形成胶团前,杂质杂质的吸附使吸附量偏大的吸附使吸附量偏大,形在胶团后杂质加溶其中形在胶团后杂质加溶其中,使杂质浓使杂质浓度下降。度下降。(2)、影响因素影响因素1)表面活性剂的性质表面活性剂的性质一般固体在水中表面上大多带负电一般固体在水中表面上大多带负电,因此因此,更易吸附阳离更易吸附阳离子表面活性剂。子表面活性剂。表面活性剂链长增加表面活性剂链长增加,吸附越易吸附越易,这是因为链长增加这是因为链长增加,极极性减少性减少,在水中溶解度低在水中溶解度低,而对聚氧乙烯型表面活性剂而对聚氧乙烯型表面活性剂,链链长增加极性增加长增加极性增加,结果相反结果相反。表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附2)固体的性质固体的性质固体可分为带电、极性与非极性固体可分为带电、极性与非极性,若固体表面带若固体表面带电电,易吸附反离子表面活性剂易吸附反离子表面活性剂,如硅酸带负电如硅酸带负电,易易吸附阳离子表面活性剂吸附阳离子表面活性剂,而对阴离子表面活性剂则而对阴离子表面活性剂则起排斥作用起排斥作用,极性固体表面遵循相似相吸原则。极性固体表面遵循相似相吸原则。聚氧乙烯型非离子表面活性剂能够通过分子中的聚氧乙烯型非离子表面活性剂能够通过分子中的氧与硅酸表面的羟基形成氢键而被吸附。氧与硅酸表面的羟基形成氢键而被吸附。3)温度温度对离子型活性剂对离子型活性剂,温度升高使吸附量下温度升高使吸附量下降降,这可从溶解度随温度变化解释。这可从溶解度随温度变化解释。表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附对非离子型活性剂则相反对非离子型活性剂则相反,这是因为温度升高使这是因为温度升高使溶解度下降。溶解度下降。4)溶液的溶液的pH与离子强度与离子强度某些吸附剂的表面性质随某些吸附剂的表面性质随pH而变化而变化,可从原来可从原来的电性变为相反的电性。因此的电性变为相反的电性。因此,表面电性的改变表面电性的改变对不同类型的表面活性剂的吸附产生不同影响。对不同类型的表面活性剂的吸附产生不同影响。加入中性无机盐将改变溶液的离子强度加入中性无机盐将改变溶液的离子强度,一般一般情况下情况下,将使吸附量上升将使吸附量上升,吸附等温线向低浓度吸附等温线向低浓度方向移动。方向移动。表面活性剂在固液界面上的吸附表面活性剂在固液界面上的吸附(3)、吸附层性质吸附层性质1)润湿性润湿性一旦表面活性剂在固体表面形成吸附层一旦表面活性剂在固体表面形成吸附层,憎水憎水固体表面通过吸附固体表面通过吸附,将改善其润湿性将改善其润湿性,如石蜡对如石蜡对水的接触角大于水的接触角大于100,而对表面活性剂的接触角而对表面活性剂的接触角降至降至0,同样同样,固体亦可通过表面吸附使之变为固体亦可通过表面吸附使之变为憎水憎水,而一些亲水固体表面通过活性剂的吸附后会而一些亲水固体表面通过活性剂的吸附后会先憎水再变为亲水先憎水再变为亲水,这预示着吸附层结构发生变这预示着吸附层结构发生变化。化。7、固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用2)表面增溶表面增溶当表面吸附达到一定程度后当表面吸附达到一定程度后,会把一些不具有会把一些不具有吸附能力的物质带入吸附层吸附能力的物质带入吸附层,这称为表面加溶。这称为表面加溶。固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用(1)、水处理水处理对有阳离子的废水对有阳离子的废水,如电镀废水如电镀废水,可采纳硅可采纳硅土及某些粘土等吸附。土及某些粘土等吸附。对水的软化对水的软化,脱盐脱盐,常用离子交换吸附常用离子交换吸附固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用2RNa+CaCl2R2Ca+2NaCl软化软化2RH+CaCl2R2Ca+2HCl脱盐脱盐ROH+HClRCl+H2O用酸再生用酸再生R2Ca+2HCl2RH+CaCl2用碱再生用碱再生RCl+KOHROH+KCl经脱盐处理过的水称为经脱盐处理过的水称为“去离子水去离子水”。固液界面吸附的应用固液界面吸附的应用(2)洗涤洗涤主要作用主要作用a、当表面活性剂浓度远大于、当表面活性剂浓度远大于CMC时时,以增溶以增溶方式去降固体表面的油污。方式去降固体表面的油污。b、当表面活性剂的、当表面活性剂的HLB值适合于形成值适合于形成O/W乳状液时可使乳状液时可使油污被乳化。油污被乳化。c、润湿、润湿若洗涤剂可良好润湿底物若洗涤剂可良好润湿底物,则可将油污从底物表则可将油污从底物表面置换除去。若污垢为固体面置换除去。若污垢为固体,则应设法减少则应设法减少垢垢-水与水与底底-水以使水以使G变得更负变得更负,G=垢垢-水水+底底-水水-垢垢-底底2、选矿、选矿矿物矿物+表面活性剂表面活性剂吸附吸附第七章第七章、固体表面的吸附固体表面的吸附 固体表面上的原子或分子与液体一样,受力也是不均匀的,而且不像液体表面分子能够移动,通常它们是定位的。固体表面是不均匀的,即使从宏观上看好像特别光滑,但从原子水平上看是凹凸不平的。