表面物理化学解析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第10章乳状液与泡沫,Emulsions and foams,表面物理化学解析ppt课件,1,10-1乳状液,Emulsion,10-2泡沫,Foam,10-3,凝胶,Gel,10-4,粉尘,Dust,第10章乳状液与泡沫,第10章乳状液与泡沫,2,10-1乳状液,一、概述（定义、分类等）,二、乳化剂与乳化稳定性,三、乳化剂与乳状液的类型,四、乳状液的破坏,五、微乳状液,10-1乳状液一、概述（定义、分类等）二、乳化剂与乳,3,乳状液（emulsion）定义,：,是一种多相分散系统，它是一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中所构成的。,通常将形成乳状液时被分散的相称为,内相,，而作为分散介质的相称为,外相,。内相是不连续的，外相是连续的。,乳状液中分散相粒子的大小约在0.110,um,，属于粗分散系统。但由于它具有多相和易聚结的不稳定性等特点，故也作为胶体化学研究的对象。,如牛奶,含水石油,炼油厂的废水,乳化农药等。,一、概述,乳状液（emulsion）定义：是一种多相分散系统，它是,4,乳化与破乳,乳状液形成时通常其中一处液体是,水或水溶液,，另一种是与水不相互混溶的有机液体，一般统称为“,油,”。,凡由水和“油”混合生成乳状液的过程，称为,乳化,；,油水互不相溶,只有加入乳化剂才能得到比较稳定的乳状液,乳化剂的这种作用称为乳化作用。常用的乳化剂多为表面活性剂,某些固体也能起乳化作用。,将乳状液破坏，使油水分离的过程，称为,破乳,。,一、概述,乳化与破乳一、概述,5,乳状液的类型,（1）油/水型（O/W）,即水包油型,微小油滴分散在水中。,（2）水/油型（W/O）,即油包水型,微小水滴分散在油中。,还有,复乳型,，如微小水滴分散在油中，再分散在水中W/O/W，有其特殊用途，但并不见。,一、概述,乳状液的类型一、概述,6,鉴别乳状液的类型的方法,（1）稀释法,乳状液能为其外相液体所稀释。取少量乳状液滴入水中或油中,若乳状液能在水中稀释即为O/W型;在油中稀释则为W/O型。,（2）染色法,在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的染料,在显微镜下观察是内相还是外相被染色。,（3）电导法,未加离子型乳化剂时,O/W型导电性比W/O强。,一、概述,鉴别乳状液的类型的方法一、概述,7,乳状液的外观与液珠大小的关系,用不同的制备方法可以得到不同大小的内相液珠，由于它们对光的吸收、散射、反射等性质不同，所以具有不同的外观。,液珠大小外观,大滴,1,um,10.1,um,0.10.05,um,0.05,um,可分辨出有两相存在,乳白色乳状液,蓝白色乳状液,灰色半透明,透明,表10-1乳状液的外观与液珠大小的关系,一、概述,乳状液的外观与液珠大小的关系液珠大小,8,二、乳化剂与乳化稳定性,乳化剂(,emulsifying agent,):,为了形成稳定的乳状液所必须加入的第三组分。,乳化剂的作用,在于使机械分散所得的液滴不相互聚结。,常用的乳化剂有：蛋白质、树,脂,、磷脂等天然产物；各种表面活性剂；固体粉末等。,乳化剂大致可分为四大类：,（1）合成表面活性剂；（3）天然产物；,（2）高聚物乳化剂；（4）固体粉状。,二、乳化剂与乳化稳定性乳化剂(emulsifying ag,9,乳化剂的作用在于促进乳化作用和加强其稳定性。它主要从以下几个方面增强乳化液的稳定性。,（1）降低界面张力,乳化液中存在大面积的液,-,液界面。加入少量表面活性剂在两相界面产生正吸附,能显著,降低的液,-,液界面的界面张力,使系统的表面吉布斯函数降低,稳定性增加。,另外,长碳链表面活性剂吸附在两相之间的界面上,形成一定机械强度的,乳化剂膜,也使得乳状液稳定性增加。,二、乳化剂与乳化稳定性,乳化剂的作用在于促进乳化作用和加强其稳定性。它主要从以下几个,10,乳化剂膜称为界面相（F）,它与其两边的油和水的界面张力分别以,F-O,及,F-W,表示,界面总是朝着界面张力大的一方弯曲以使该界面面积较小。,若,F-O,F-W,则形成O/W型乳化剂,一价碱金属皂类易溶于水难溶于油,属于此类;,若,F-W,F-O,则形成W/O型乳化剂,高价金属皂类易溶于油难溶于水,属于此类。,二、乳化剂与乳化稳定性,乳化剂膜称为界面相（F）,它与其两边的油和水的界面张力分别,11,（2）形成定向楔的界面,乳化剂的亲水端和憎水端的截面积常大小不等。它吸附在油-水界面上时,常呈现“大头”朝外,“小头”朝里的构型,使分散相液滴的面积最小,界面吉布斯函数最低,且界面膜更牢固。,O/W W/O,二、乳化剂与乳化稳定性,（2）形成定向楔的界面O/W,12,（3）形成扩散双电层,乳化剂负离子定向吸附在油-水界面上,带电的一端指向水,反离子则呈扩散状分布,形成扩散双电层,它一般具有较大的热力学电势及较厚的双电层,使乳状液处于较稳定的状态。,一般O/W型乳化液中油滴常带负电；反之，在W/O型乳化液中水滴带正电。,（4）界面膜的稳定作用,乳化过程也是分散相液滴表面的成膜过程,界面膜的厚度,特别是强度和韧性,对乳状液的稳定性起着举足轻重的作用。,二、乳化剂与乳化稳定性,（3）形成扩散双电层二、乳化剂与乳化稳定性,13,（5）固体粉末的稳定作用,粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在内外两相界面上时才能起到乳化剂的作用。,固体粉末处在油相、水相还是两相界面上，取决于粉末的亲水亲油性。,油,水,固体颗粒在油-水界面上的三种润湿情况,(左),90,颗粒不能被水润湿而更多地进入油中;,(中),=90,颗粒的亲水亲油性均等;,(右),90,颗粒能被水润湿而更多地进入水中.,二、乳化剂与乳化稳定性,（5）固体粉末的稳定作用油水固体颗粒在油-水界面上的三,14,根据空间效应,为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密的固体膜,固体粒子的大部分应当处在分散介质中,这样粒子在油-水界面上的不同润湿情况就会产生不同类型的乳状液。,油,水,固体粉末乳化作用示意图,油,水,O/W 型,W/O 型,二、乳化剂与乳化稳定性,根据空间效应,为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密的固体膜,15,当粒子能被水润湿时,粒子大部分处于水中,形成水包油型乳状液。如粘土,Al,2,O,3,等固体微粒;,当粒子易被油润湿时,粒子大部分处于油中,形成油包水型乳状液。如炭黑,石墨粉等。,固体颗粒的尺寸应远小于分散相的尺寸。固体表面愈粗糙,形状愈不对称,愈易于形成牢固的固体膜,使乳状液愈稳定。,二、乳化剂与乳化稳定性,当粒子能被水润湿时,粒子大部分处于水中,形成水包油型,16,三、乳化剂与乳化剂的类型,由两种互不相溶的液体均匀混合而成的乳状液，其类型取决于以下两点：,（1）两相的相对体积,相体积越大的液体，则越有可能成为分散介质，但也不一定都是分散介质。,（2）乳化剂的特性,乳状液的类型取决于乳化剂的亲水与亲油性质。,碱金属皂有利于形成O/W乳状液，这是因为它们较为亲水；而重金属皂则相反。,班克罗夫（Bancroft）规则：,乳化剂较易溶入的那个相就易于成为分散介质。,三、乳化剂与乳化剂的类型由两种互不相溶的液体均匀混合而成,17,乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，表现为,分层、变型和破乳,。,（1）,分层,往往是破乳的前导，轻轻的油滴上浮但并不改变分散度。如牛奶的分层现象。,（2）,变型,是指乳状液由O/W型变为W/O型（或反之）。影响变型的因素：改变乳化剂、变更两相的体积比、改变温度以及电解质的影响等。,（3）,破乳,将油和水分离的过程。与分层不同，分层还有两种乳状液存在，而破乳是使两种液体完全分离。,四、乳状液的破坏,乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，表现为分,18,破乳过程分两步实现:,絮凝,分散相的微小液滴首先絮凝成团,但这时仍未完全失去原来各自的独立性;,聚结,在团中各液滴相互合并成大液滴，最后聚沉分离。,四、乳状液的破坏,在乳状液的内相浓度较稀时以絮凝为主，浓度较高时则以聚沉为主。,破乳过程分两步实现:四、乳状液的破坏在乳状液的内相,19,乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破乳。,几种常用的破乳方法:,化学法在乳状液中加入反型乳化剂，会使原来的乳状液变得不稳定而破坏。反型乳化剂即是破乳剂。,顶替法,用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂。,电破乳法此法常用于W/O型乳状液的破乳。由于油的电阻率很大，工业上常用高压交流电破乳。,四、乳状液的破坏,乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。因此，,20,加热法升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从而降低它在界面上的吸附量，消弱保护膜；另一方面，升温可以降低外相的黏度，从而有利于增加液滴相碰的机会，所以升温有利于破乳。,机械法包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等。通常先将乳状液加热再以离心分离或过滤。,总之，破乳的方法多种多样，究竟采用哪种方法，需根据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种方法。,四、乳状液的破坏,加热法升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从而降低它,21,通常所说的乳状液颗粒大小常在0.150,um,之间，在普通光学显微镜下可观测到。从外观看，一般都是乳白色、不透明的体系，故称为“宏乳状液”（macroemulsion），简称乳状液。,微乳状液,（microemulsion）：分散相粒子很小，常在0.010.20,um,之间，由水、油、表面活性剂和助活性剂等四个组分以适当的比例自发形成的透明或透明的稳定体系，称之为微乳状液，简称微乳液。,微乳状液类型：O/W、W/O与双连续相结构。,五、微乳状液,通常所说的乳状液颗粒大小常在0.150um之间，在普通,22,10-2泡沫,泡沫,:,气体分散在液体或固体中所形成的粗分散系统。许多大小不等,形状各异的小气泡堆积在一起,气泡之间的隔膜各处厚薄不一,气泡的线度一般在100nm以上,肉眼可见。,可分为两种极端情况：,稀泡沫为接近球形的气泡被相当厚而黏的膜所分开；,浓泡沫主要为气相，是多边形气泡被薄的液膜所分开。,固体泡沫,:分散介质为熔融体,由于它具有很高黏度,使小气泡既不易破裂又难于相互靠近,降温凝固后得到的气固相分散物质。如浮石,泡沫玻璃,泡沫塑料等。,液体泡沫,:分散介质是液体。,10-2泡沫泡沫:气体分散在液体或固体中所形成的粗,23,纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体，必须加入第三组分（发泡剂），才能获得稳定的泡沫。通常来说，好的乳化剂也就是好的发泡剂。,泡沫的稳定性取决于两个主要因素：,（1）液膜因排液而变薄的趋势；,（2）因无规干扰而破裂的趋势。,可能还有液膜的蒸发、穿过液膜的气体的扩散等因素。,10-2泡沫,纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体，必须加入第三,24,要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂,它们在气液界面上发生正吸附,形成定向排列的吸附膜,能显著地降低气液界面张力,又可增加界面膜的机械强度。,表面活性剂的起泡作用,10-2,泡沫,要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂,它们在气液界面上发,25,10-2,泡沫,泡沫的应用很广泛,如泡沫浮选、泡沫灭火剂、泡沫杀虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面皆用到泡沫技术。,但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺过程中,泡沫的出现将会给操作带来诸多不便,因此在这类工艺操作中,必须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。,消泡剂的作用在于对抗各种促进泡沫稳定的因素。一般来说，消泡剂优先于发泡剂被吸附在界面上，但不具备稳定泡沫的能力，它们可能借快速吸附而生效。,10-2泡沫泡沫的应用很广泛,如泡沫浮选、泡沫灭火剂、,26,补充：10-3凝胶,一、凝胶的定义,二、凝胶的分类,三、凝胶的形成,四、凝胶的性质,补充：10-3凝胶一、凝胶的定义二、凝胶的分类三、凝胶的,27,一、凝胶的定义,凝胶（gel）是固液或固气所形成的一种分散系统，其中分散相粒子相互连接成网状结