东南大学：材料科学与工程学院（讲稿）粘土——水系统的双电层实验（主讲：庞超明）

粘土一一水系统的双电 层实验 东南大学材料学院建材实验室 庞超明 材料学院217 52090638 2011.9.1 2011/9/1

粘土――水系统的双电 层实验 2011/9/1 1 东南大学材料学院建材实验室 庞超明 材料学院217 52090638 2011.9.1

主要内容 >理论基础 ①分散体系、胶体、粘土及其荷电性 ②双电层，？电位概念 ③？电位影响因素 ④？电位的调整 >试验方法和步骤 2011/9/1

主要内容  理论基础 ① 分散体系、胶体、粘土及其荷电性 ② 双电层，ζ电位概念 ③ ζ电位影响因素 ④ ζ电位的调整 试验方法和步骤 2011/9/1 2

实验目的 >了解胶体，胶团，固体颗粒表面带电原因等基 本理论，电位大小与颗粒分散特性、胶体物系 稳定性之间的关系； >了解粘土粒子的荷电性，观察粘土胶粒的电泳 现象，用宏观电泳仪测定粘土胶体的电泳速度 并计算粘土一水系统的？电位。 >了解不同种类及数量电解质对？电位的影响。 2011/9/1

实验目的 了解胶体，胶团，固体颗粒表面带电原因等基 本理论，电位大小与颗粒分散特性、胶体物系 稳定性之间的关系； 了解粘土粒子的荷电性，观察粘土胶粒的电泳 现象，用宏观电泳仪测定粘土胶体的电泳速度 并计算粘土－水系统的ζ电位。 了解不同种类及数量电解质对ζ电位的影响。 2011/9/1 3

理论基础 >国际纯粹化学和应用化学联合会(IUPAC):规定： 凡颗粒直径在1一1000nm范围内，属胶体颗粒 >根据分散质粒子大小，可划分为 ①溶液：分散质粒子1000nm ③胶体：在1nm~1000nm之间的分散系 2011/9/1

理论基础 国际纯粹化学和应用化学联合会(IUPAC)规定： 凡颗粒直径在1—1000nm范围内，属胶体颗粒 根据分散质粒子大小，可划分为 ① 溶液：分散质粒子1000nm ③ 胶体:在1nm～1000nm之间的分散系 2011/9/1 4

胶体 >胶体体系：含有胶体颗粒的体系 ① 重要特征：比较面积很大 ② 任何表面，实际都是界面 ③表面化学→界面化学 >泥浆、泥料：粘土—水系统 ① 多相分散物质：泥土为分散相，水为分散介质 ② 无机材料制备工业的重要理论基础 2011/9/1

胶体 胶体体系:含有胶体颗粒的体系 ① 重要特征：比较面积很大 ② 任何表面，实际都是界面 ③ 表面化学→界面化学 泥浆、泥料：粘土——水系统 ① 多相分散物质：泥土为分散相，水为分散介质 ② 无机材料制备工业的重要理论基础 2011/9/1 5

粘土 >典型粘土： ①高岭石AI4[Si401o](OHDg ②蒙脱石(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si401o](OH)2 ③伊利石K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5020](OH)4 >特征 ①层状结构、铝硅酸盐矿物 ②粒度细：(0.1~100)μm,80~90%在2μm范 围内，比表面积很大。 ◆蒙脱石：100m2/g;高岭石：20m2/g ③ 某些粘土加水后，劈裂成微小薄片，厚度 尺寸符合胶体粒子范围(0.001~0.1μm) 2011/9/1

粘土 典型粘土： ① 高岭石Al4[Si4O10](OH)8 ② 蒙脱石(MxnH2O)(Al2-XMgx)[Si4O10](0H)2 ③ 伊利石K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5O20](OH)4 特征 ① 层状结构、铝硅酸盐矿物 ② 粒度细:(0.1～100)μm，80~90%在2μm范 围内，比表面积很大。 蒙脱石：100m2/g；高岭石：20m2/g ③ 某些粘土加水后，劈裂成微小薄片，厚度 尺寸符合胶体粒子范围(0.001～0.1μm) 2011/9/1 6

粘土的荷电性 >1809卢斯，粘土向阳极移动 >1942年，西森，带负电荷的胶体金粒子被片状 的高岭石棱边所吸引 >两性电荷：高岭石的边面带电性与介质的酸碱 性有关。 ①PH>8时，OH基中H解离，边面带-2； ②PH=7时，边面不带电荷； ③PH<6时，边面带+1。 2011/9/1

粘土的荷电性 1809 卢斯，粘土向阳极移动 1942年，西森，带负电荷的胶体金粒子被片状 的高岭石棱边所吸引 两性电荷：高岭石的边面带电性与介质的酸碱 性有关。 ① PH＞8时，OH基中H解离，边面带-2； ② PH=7时，边面不带电荷； ③ PH＜6时，边面带+1。 2011/9/1 7

粘土的荷电性 晶格内离子的同晶置换（硅氧四面体中$4+ 被AI3+所转换，或铝氧八面体中AI3+被二价镁、 铁所置换) ②破键，少量同晶置换 ③ 粘土表面有机质的离解。 8 2011/9/1

粘土的荷电性 ① 晶格内离子的同晶置换（硅氧四面体中Si4+ 被Al3+所转换，或铝氧八面体中Al3+被二价镁、 铁所置换） ② 破键,少量同晶置换 ③ 粘土表面有机质的离解。 2011/9/1 8

粘土胶团 >胶粒电荷：使粘土水系统具有胶体化学性质 >高度分散，负电荷远>>正电荷，带负电荷，可 吸附水化阳离子 >形成胶团 ①颗粒表面：氧和OH与靠近表面H,0通过氢健 而键合； ② 表面负电荷在粘土附近形成静电场，使极 性水分子成定向排列； ③水化阳离子被粘土表面负电荷吸引。 2011/9/1

粘土胶团 胶粒电荷：使粘土水系统具有胶体化学性质 高度分散，负电荷远>>正电荷，带负电荷，可 吸附水化阳离子 形成胶团 ① 颗粒表面：氧和OH-与靠近表面H2O通过氢健 而键合； ② 表面负电荷在粘土附近形成静电场，使极 性水分子成定向排列； ③ 水化阳离子被粘土表面负电荷吸引。 2011/9/1 9

粘土胶团结构示意图 自由水 胶 粘土 胶粒 胶团 胶团 一负电荷 +正电荷 ⑦粘士，被吸附的 水分子 牢固结合水 疏松结合水

粘土 胶团 牢固结合水 疏松结合水 自由水 粘土胶团结构示意图