固体颗粒在液相中的分散

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1998.01.001 第20卷第1期 北京科技大学学报 Vol.20 No.1 1998年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1998 固体颗粒在液相中的分散 任俊卢寿慈 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要采用沉降分析法研究了二氧化硅，重质碳酸钙、滑石和石墨4种颗粒在水、乙醇和煤油3种 介质中的分散行为及表面活性剂对分散行为的影响.亲水的二氧化硅和重质碳酸钙在水中得到 良好分散，在煤油中产生强烈聚团，而天然疏水的滑石和石墨颗粒则在水中聚团，在煤油中充分 分散：颗粒在水与乙醇的比例为1：】的混合液中分散效果最好，表面活性剂在水和煤油中对颗粒 分散的影响完全相反，颗粒在煤油中的分散行为随表面活性剂浓度变化而周期性的波动， 关键词固体颗粒；分散；聚团；表面活性剂，疏水作用 分类号0648.2；TQ027.36 颗粒分散就是使颗粒在一定环境下分离散开的过程.它主要包括掺合、浸湿、颗粒群（团 块和团粒)的解体以及已分散颗粒的再凝结4个阶段). 一般认为，实现颗粒分散的基础是，增大颗粒表面电位，增强颗粒表面的亲水性以及在颗 粒表面形成空间位阻效应】.本文研究在水、有机极性和有机非极性3种液相中不同固体颗 粒的自然分散行为以及表面活性剂（如油酸钠等）对颗粒在不同液相介质中分散行为的影响. 1试料与实验方法 1.1试样及药剂 实验试样为二氧化硅(SiO,)、重质碳酸钙(CCO,)、滑石(Mg,(Si,On)(OH))和石墨(C), 药剂为NaOH,HCl,油酸钠 (NaOl),十二烷基硫酸钠 表1试样及药剂物理化学性质 (SDS);液相介质为一次蒸馏 试样及药剂名称 纯度分子量 p(gcm-)粒度μm 水（以下称水）、乙醇和煤油.它 二氧化硅(Sillca) 98.56%60.08 2.63 -37 们的物理化性质如表】. 重质碳酸钙(Calcite) 98.57%100.00 2.76 -25 1.2实验方法 滑石(Talc) 91.17%378.22 2.61 -37 采用自行设计组装的电子 石最(Craphite) 98.00%12.01 -37 沉降天平测定固体颗粒在液相 油酸钠(NaOI) 化学纯304.45 十二烷基硫酸钠(SDS) 一 中的分散行为，称取2g试样放 化学纯272.38 NaOH 化学纯40.00 人量筒中，加入200ml液相介 HCI 化学纯36.46 质，在转速为550rmin搅拌 一 水 蒸馏水18.00 1.00 5min后，立即进行测定.测定 乙醇 无水 0.79 过程中记录下从沉降开始到结 煤油 工业产品 0.76 1995-10-16收稿 任俊男，35岁，博士卢寿慈男，63岁，教授，博导 *国家自然科学基金资助课题

第 2 0卷 19 9 年8 第 期l 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f Un i v er s i ty o f 欣 i en e e an d T e e hn o l o gy B e ij i n g V 0 1 . 2 0 N O . l F eb . 19 9 8 固体颗粒在液相 中的分散 ’ 任 俊 卢寿 慈 北京 科技大学资源 工 程学 院 , 北京 10 0 0 83 摘要 采用沉降分析法研究 了二氧化硅 、 重质碳 酸钙 、 滑石和 石墨 4 种颗粒在水 、 乙醇和 煤油 3 种 介质 中的分 散行为及表 面 活 性剂对 分散行 为的影响 . 亲水 的 二氧 化硅和 重 质碳 酸钙在水 中得到 良好分 散 , 在煤油 中产生强 烈 聚 团 , 而 天 然疏水 的 滑 石和 石 墨 颗粒则在 水 中聚 团 , 在煤油 中充分 分散 ; 颗粒在 水与 乙 醇的 比例为 l :l 的混合液 中分散效果最 好 . 表 面活 性剂在水 和 煤油 中对颗粒 分散的影响完全相反 , 颗粒在煤油 中的 分散行为随 表面 活性 剂浓度变化而 周期性 的波 动 . 关键词 固 体颗粒 ; 分散 ; 聚团 ; 表面 活性剂 ; 疏水作用 分类号 0 6 4 8 . 2 ; T C旧2 7 . 3 6 颗 粒分 散就 是使颗 粒在 一定 环境 下 分 离散 开 的过 程 . 它 主要 包括 掺合 、 浸 湿 、 颗粒群 (团 块 和团粒 ) 的解 体以 及 已分 散颗粒 的再凝 结 4 个 阶段 川 . 一般 认 为 , 实现 颗粒分 散 的基础是 , 增 大颗 粒表 面 电位 , 增强 颗粒 表面 的亲 水性 以 及在 颗 粒表 面形成 空 间位阻 效应 l[, ’ ] . 本 文研究 在 水 、 有 机极 性 和有 机 非极 性 3 种液相 中不 同固体颗 粒 的 自然分 散行 为以 及 表面活性 剂 (如油酸 钠等 ) 对颗 粒 在不 同液相 介质 中分 散行 为的影 响 . 1 试料与实验方法 1 . 1 试样及药剂 实验 试样 为二氧 化硅 ( 5 10 2 ) 、 重质 碳酸 钙 ( C aC O 3 ) 、 滑石 ( Mg Z ( 5 1 4 0 1。 ) (O H ) 2 ) 和石墨 ( C ) , 药 剂 为 aN O H , H C I , 油 酸 钠 ( N a o l) , 十 二 烷 基 硫 酸 钠 ( S D )S ; 液 相 介 质 为 一 次 蒸 馏 水 ( 以 下称 水 ) 、 乙 醇 和煤 油 . 它 们的物理 化性质 如表 ] . 1 . 2 实验方 法 采 用 自行 设计 组装 的电 子 沉 降 天平 测 定 固体 颗粒 在 液相 中 的分 散行 为 . 称 取 2 9 试 样放 人 量 筒 中 , 加 人 20 0 m l 液 相 介 质 , 在 转 速 为 5 0 r/ Il l i n 搅拌 s m in 后 , 立 即进 行 测 定 . 测 定 过程 中记 录下 从 沉 降开 始到 结 表 1 试样及药剂物理化学性质 试样及药剂名称 纯度 分 子量 P/ ( g · c m 一 3 ) 粒度小m 二氧化硅 (S il l c a ) 9 8 . 5 6 % 6 0 . 0 8 2 . 6 3 一 3 7 重质碳酸钙 (C a l e i et ) 9 8 . 5 7 % 10 0 . 0 0 2 . 7 6 一 2 5 滑石 ( T a l e ) 9 1 . 1 7 % 3 7 8 . 2 2 2 . 6 1 一 3 7 石墨 (C ar p肠 et ) 9 8 . 0 0 % 12 . 0 - 一 一 37 油 酸钠 ( aN o 一) 化学纯 30 4 . 4 5 一 一 十二烷基硫 酸钠 ( S D S ) 化学纯 2 72 . 38 一 一 N a O H 化学纯 4 0刀0 一 一 H C I 化学纯 36 . 4 6 一 一 水 蒸馏水 18 . 0 0 1 . 0 0 一 乙 醇 无水 一 住7 9 一 煤 油 工业 产品 一 0刀 6 一 19 9 5 一 10 一 16 收 稿 任俊 男 , 35 岁 , 博士 卢寿慈 男 , 6 3 岁 , 教 授 , 博导 * 国 家 自然 科 学基 金 资助 课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 01. 001

*2* 北京科技大学学报 1998年第1期 束任一时刻沉降在沉降盘上微细颗粒的质量，以确定悬浮体系中检查域内颗粒总质量W,与 在某一时间沉降在盘上的颗粒质量W的差值与W的比值，用F、=[(W。-MW。]×100%计 算分散率F,将其作为评价固体颗粒在液相悬浮体系中颗粒的分散标志，即F,值越大，分散 效果越好，反之，分散效果差. 2实验结果 2.1 固体颗粒在水介质中的分散 (1)颗粒在水介质中的自然分散， 二氧化硅、重质碳酸钙、滑石和石墨4种颗粒在水中的自然分散行为如图1和图2所 示.二氧化硅颗粒在pH7.5~10.5的范围内，有良好的分散行为.在pH=2~3有较明显的团 聚现象，分散效果最差；重质碳酸钙颗粒在低pH值区域呈现出一定的分散效果，但当pH>7, 聚团行为加强，特别是在pH11.5附近聚团现象尤为显著，完全失去分散效果；滑石和石墨在 70 1009 80 60 60 50 40 40 20 30 0 911 13 0 40 80120160200 PH t/min 图1PH对颗粒自然分散的影响 图2在水中颗粒的自然分散行为 1-S02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石墨 1Si02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石量 水中分散几乎不受H值的影响，且分散行为较差，有明显的聚团现象.从分散的动力学角度 看：亲水性的二氧化硅和重质碳酸钙两者的分散规律相似，而且较滑石和石墨的分散稳定性 好；自然疏水的滑石和石墨两者分散规律差异较大，滑石的分散率与沉降时间呈直线分布，石 墨在前20s内快速聚团，在20s处聚团迅速变慢， (2)表面活性剂对颗粒在水中分散行为的影响. 表面活性剂油酸钠和十二烷基硫酸钠在水中对颗粒分散的影响示于图3，pH值对颗粒在 十二烷基硫酸钠存在的水介质中分散行为的影响如图4所示.由图可见，油酸钠和十二烷基 硫酸钠除对二氧化硅颗粒几乎无影响，对重质碳酸钙，滑石和石墨3种颗粒的影响非常明显， 用量增大，它们的聚团现象变得越为强烈，失去分散效果.在有十二烷基硫酸钠存在条件下， pH值对重质碳酸钙和石墨颗粒分散没有大的影响，而对二氧化硅和滑石有较显著影响，pH 在9~12的区域内，分散效果好，特别是对滑石分散效果更为明显

. 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 91 89年 第 期1 束任 一 时刻 沉 降在 沉 降盘 上 微细 颗粒 的质量 , 以 确定 悬 浮体 系 中检 查 域 内颗粒 总 质量 峨 与 在某一 时 间沉降 在盘 上 的颗 粒质 量 砰 的差值 与 叽 的 比值 , 用 sF = ([ 叽 一 哟 / 叽] x 10 0 % 计 算 分 散率 sF , 将 其 作 为评 价 固体 颗 粒 在液 相 悬 浮体 系 中颗 粒 的分 散 标志 , 即 双 值越 大 , 分 散 效 果越 好 , 反 之 , 分 散 效果 差 . 2 实验结 果 .2 1 固体颗粒在水介 质 中的分散 ( l) 颗粒在 水介 质 中的 自然分 散 . 二 氧 化 硅 、 重 质碳 酸 钙 、 滑 石 和 石 墨 4 种 颗 粒 在 水 中 的 自然 分 散 行 为 如 图 1 和 图 2 所 示 . 二 氧化 硅 颗粒 在 p H 7 . 5 一 10 . 5 的范 围 内 , 有 良好 的分 散行 为 . 在 p H = 2 一 3 有 较 明显 的团 聚 现象 , 分 散 效果 最差 ; 重 质 碳 酸钙颗 粒 在低 p H 值 区 域 呈 现 出一定 的分散 效果 , 但 当 p>H 7 , 聚 团行 为 加 强 , 特别 是 在 p H l . 5 附 近 聚 团现 象尤 为 显 著 , 完 全 失 去分 散 效果 ; 滑 石 和石 墨在 ~ . _ 、 心亡旦~ ~ 、 J . . . ` ~ 冬、 。 、 3 斗 nU 00 `U4 ,4 求、心 0 nU0 20 ù I à 4 ,、 岁\吸的 1 1 1 3 4 0 8 0 1 2 0 16 0 2 0 0 P H t /而n 图 1 p H对颗粒自然分散的影响 1 一 51 0 2 , 2 一重质碳酸钙 , 3 一滑石 , 4石墨 到 2 在水 中颗粒的自然分散行为 l一10 2 , 2 一重质碳酸钙 , 3 一滑石 , 今石 墨 水 中分 散 几 乎 不受 p H 值 的影 响 , 且 分散 行为 较差 , 有 明显 的 聚 团现 象 . 从 分散 的 动力学 角度 看 : 亲 水性 的二 氧 化 硅和 重 质碳 酸钙 两者 的分 散规律 相 似 , 而 且较 滑 石和 石墨 的分 散稳 定性 好 ; 自然疏 水 的滑 石和 石 墨两者 分散 规律差 异 较大 , 滑石 的分 散率 与沉降 时间 呈 直线 分布 , 石 墨 在前 20 5 内快 速 聚 团 , 在 20 5 处聚 团 迅速 变慢 . (2 ) 表 面 活性 剂 对颗粒 在 水 中分 散行 为 的影响 . 表 面 活性剂 油 酸钠 和 十二烷 基硫 酸钠在 水 中对颗 粒分 散 的影响示 于 图 3 , p H 值 对颗粒 在 十二 烷 基 硫 酸钠 存在 的 水介 质 中分 散行 为 的影 响 如 图 4 所示 . 由 图可见 , 油 酸钠 和 十二烷基 硫酸 钠 除对 二 氧化硅 颗 粒几 乎 无影 响 , 对 重质碳 酸钙 、 滑 石和 石墨 3 种颗 粒 的影响非 常 明显 , 用量 增 大 , 它 们 的 聚 团现象 变 得越 为 强 烈 , 失 去分 散 效果 . 在 有 十二 烷基 硫 酸钠存 在 条件 下 , p H 值 对 重 质碳 酸钙 和 石 墨 颗粒 分 散 没有 大 的影 响 , 而 对 二 氧化 硅 和 滑石 有较 显著 影 响 , p H 在 9 一 12 的 区 域 内 , 分 散效果 好 , 特别是 对 滑石分 散效 果更 为 明显

Vol.20 No.I 任俊等：固体颗粒在液相中的分散 3 2 70 60 S So 40 0 6 30 0 20 1015 20 0 2 468101214 ce/(x10-mol-1) pH 图3表面活性剂浓度在水中对颗粒分散的影响 图4pH对SDS分散作用的影响（在水中） 1Si0z-1,2-Si022,3重质碳酸钙-1,4重质碳 1Si02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石墨 酸钙-2,5-滑石-1,6-滑石-2,7石墨-1、8-石量-2 2.2固体颗粒在有机极性介质（乙醇）中的分散 (1)颗粒在有机极性介质中的自然分散. 4种固体颗粒在乙醇中的自然分散规律如图5所示.在乙醇悬浮体系中，4种颗粒分散的 稳定性顺序为：滑石>二氧化硅>重质碳酸钙>石墨. 当乙醇与一定量的水混合作分散介质时，不同固体颗粒的分散行为如图6.可以看出，乙 醇体积分数在50%左右时，二氧化硅、重质碳酸钙、滑石和石墨4种颗粒的分散效果几乎同 时达到最佳状态，相比之下，在低和高体积分数的乙醇水溶液中，分散效果较差.另外，在乙醇 与水混合介质中，二氧化硅与重质碳酸钙颗粒的分散规律相吻合，滑石与石墨颗粒的分散行 为相类似， 1009 90 80 80 70 60 60 40 40 30 20 20 0 40 80120160200 020 40 6080100 t/min p(乙醇/水)% 图5在乙醇中颗粒的自然分散 图6在水和乙醇混合液中颗粒的分散 1-Si02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石墨 1Si02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石盟

V o l . 2 0 N o . l 任 俊等 : 固 体颗粒在液相 中的分散 ~ 一~ 一~ 一一一 ~一一 8 犷气\ 廿 nU0 ,了八 r 6 c、 4 亡、ù , ù 岁、心 引 . 。 ) 圣泛盆口 0 5 10 15 2 0 e c / ( x 1 0 一 , m o l · l 一 ’ ) 图 3 表面活性剂浓度在水 中对颗粒分散的影响 1一 0 2一 1 , 2 一 51 02 一 2 , -3 重质碳酸钙 一 l , -4 重质碳 酸钙 一 2 , 5 一滑石 一 1 , 吞滑石 一 2 , 7 . 石墨 一 1 , 8 一石墨 一 2 3 0 2 0 0 2 4 6 8 10 ! 2 14 P H 图 4 p H 对 s D s 分散作用 的影响 (在水中) l 一 51 0 2 , 2 一重质碳酸钙 , 3 一滑石 , 今 石墨 .2 2 固体颗粒在有机极 性介 质 ( 乙醇 ) 中的分散 ( l) 颗 粒在有 机极 性介 质 中的 自然分 散 . 4 种 固体颗 粒在 乙 醇 中的 自然分散规 律如 图 5 所 示 . 在 乙 醇悬 浮体 系 中 , 4 种 颗粒分 散 的 稳定性 顺序 为 : 滑石 > 二氧化 硅 > 重 质碳酸钙 > 石墨 . 当乙 醇 与一 定量 的水 混合 作分 散介 质时 , 不同 固体颗 粒 的分 散行 为如 图 6 . 可 以 看 出 , 乙 醇体积 分数 在 50 % 左 右 时 , 二 氧化 硅 、 重质碳 酸钙 、 滑 石 和石 墨 4 种颗 粒 的分 散效 果几 乎 同 时达 到最 佳状 态 . 相 比之 下 , 在低 和 高体积分 数 的乙 醇水 溶液 中 , 分 散 效果 较差 . 另外 , 在 乙 醇 与水混 合介 质 中 , 二 氧化 硅 与重 质碳 酸钙 颗粒 的分 散规律相 吻 合 , 滑石 与石 墨 颗粒 的分 散 行 为相 类 似 . 0 nUǔU00 八ūQ了O了CU . n了`J4 ù,、ù, 10 0 8 0 岁 必 6 0 界鞋潺 ~ 浑滚 惑 吸 . 、 、 、 0 nU 4 ,4 0 4 0 8 0 1 2 0 16 0 2 0 0 l/ m i n 图 5 在 乙 醇 中颗粒的 自然分散 1 一 51 0 2 , 2 一重质碳酸钙 , 3 一滑石 , -4 石墨 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 沪 (乙 醇/水 )of/ 图 6 在水和 乙 醇混合液中颗粒的分散 l 一 51 0 2 , 2 一重质碳酸钙 , 3 一滑石 , 4 一石墨

北京科技大学学报 1998年第1期 (2)表面活性剂对颗粒在乙醇中分散行为的影响， 图7表示油酸钠和十二烷基硫酸钠对重质碳酸钙在乙醇中分散的实验结果.由图7可 见，在较低浓度条件下，油酸钠和十二烷基硫酸钠对重质碳酸钙均有分散作用，当油酸钠和十 二烷基硫酸钠的浓度分别大于1.0×10-5mol/1和1.8×10-÷mol1时，重质碳酸钙则开始出现 聚团现象， 2.3固体颗粒在有机非极性油（煤油）中的分散 (1)颗粒在煤油中的自然分散行为 颗粒在煤油中自然分散的实验结果表明（图8），二氧化硅和重质碳酸钙颗粒在煤油中几 80 SDS 70 80 60 88-8 40 50 40 -6 -4 -3 40 80 120160200 Ig(c/(mol-1)) 1/min 图7表面活性剂对重质碳酸钙在乙醇中 图8颗粒在煤油中的自然分散 分散的影响 1-S02,2-重质碳酸钙，3-滑石，4石墨 乎不能分散.实验中观察到，它们经搅拌后仍出 100 现大量直径0.5~5mm不等的聚团，相比之下， 滑石和石墨的分散效果则很好，而且二氧化硅 80 与重质碳酸钙和滑石与石墨的分散行为呈现 SDS 出较好的一致性 60 (2)表面活性剂对滑石颗粒在煤油中分散 行为的影响 如图9所示，油酸钠和十二烷基硫酸钠对 滑石颗粒在煤油中的分散造成非常特殊的影 20 响.显然，随着表面活性剂浓度的增加，滑石在 -6 -5 -4-3 2 煤油中的分散与聚团周期性交替出现. lg(c/(mol.)) 图9表面活性剂在煤油中对分散影响 3讨论 亲水颗粒二氧化硅和重质碳酸钙在水中的分散、聚团行为与它们的表面电荷密切相关， 如图1所示，二氧化硅和重质碳酸钙颗粒的聚团pH值与它们的P.ZC相吻合；相反，在颗粒 表面带有较高电荷的pH值区域，则处于分散状态.这一结果与我们在以前对金红石、赤铁矿、 菱锰矿、菱铁矿和菱镁矿等其他亲水颗粒的实验所得结果完全一致)，即亲水颗粒在其各自

. 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 8 年 第1期 ( 2) 表 面 活性 剂对 颗粒 在 乙 醇 中分 散行 为的影 响 . 图 7 表 示 油 酸 钠 和 十二 烷 基 硫 酸钠 对 重 质碳 酸 钙在 乙 醇 中分 散 的实验 结 果 . 由 图 7 可 见 , 在 较低 浓 度条 件下 , 油 酸钠 和 十二烷 基硫 酸钠 对 重质碳 酸 钙均有 分散 作用 , 当油 酸钠和 十 二烷基 硫酸 钠 的浓度 分别 大于 1 . 0 x 1o 一 ’ m ol l/ 和 1 . 8 x 10 ’ “ m ol l/ 时 , 重 质碳 酸钙则 开始 出现 聚 团现象 . .2 3 固体颗粒在有机非极性油 (煤油 )中的分散 ( l) 颗粒在 煤油 中的 自然 分散 行为 . 颗粒 在煤油 中 自然 分散的 实验结果 表 明 (图 8 ) , 二氧 化硅 和 重质 碳酸 钙颗粒 在煤 油 中几 5 1万 一 . — 二 \ \ 、岁叹s 0o nI[ 4 一, N a o l 岁、 孟U 吸s 0 4 0 8 0 12 0 卜.l } 1 60 2 00 傀曰、 一4 一」气 `了O 一,了 曰n ō 4 19 ( e / (m o l · l 一 ’ ) ) I / m 一n 图 7 表面活性剂对重质碳酸钙在乙醇 中 分散 的影 响 图 8 颗粒在煤油中的 自然分散 1 一 S仪 , 2 一里质碳酸钙 , 于滑石 , 4 一石墨 州/ / . 乎 不能 分散 . 实 验 中观 察到 , 它们 经搅 拌后 仍 出 现 大量 直径 0 . 5 一 5 m m 不 等 的聚 团 , 相 比之下 , 滑 石 和石 墨 的 分 散 效果 则 很 好 , 而 且二 氧 化硅 与重 质 碳 酸 钙 和 滑 石 与石 墨 的分 散行 为呈 现 出较好 的一 致性 . ( 2) 表 面 活 性剂 对滑 石颗 粒 在 煤油 中分 散 行为 的影 响 . 如 图 9 所 示 , 油 酸 钠 和 十二 烷基 硫 酸 钠 对 滑 石 颗粒 在 煤 油 中的 分 散 造 成 非 常特 殊 的影 响 . 显 然 , 随 着 表 面 活性 剂 浓 度 的增 加 , 滑 石在 煤油 中的分 散 与 聚团周 期性 交替 出现 . 5 1粥 、 、 、 、 . 岁、叭s N a ( )1 一 7 一 6 一 5 一 4 一 3 一 2 19 ( 。 / (m o l · l 一 , )) 3 讨论 图 9 表面活性 剂在煤油中对 分散影响 亲水 颗粒二 氧化 硅 和重 质 碳 酸钙 在水 中的分 散 、 聚 团行 为 与它们 的 表面 电荷密 切相 关 . 如图 1 所示 , 二 氧化 硅和 重质 碳 酸钙 颗粒 的 聚 团 p H 值 与它们 的 P . 2 . C . 相 吻合 ; 相反 , 在颗粒 表面带 有较 高 电荷 的 p H 值区 域 , 则处于分 散状 态 . 这 一结 果 与 我们 在 以前 对金红石 、 赤铁矿 、 菱锰 矿 、 菱 铁矿 和菱镁 矿等 其他 亲水颗粒 的 实验所 得结 果完 全 一致 .12 4 ] , 即亲水颗粒在 其各 自

Vol.20 No.1 任俊等：固体颗粒在液相中的分散 ·5 的P.Z.C处呈自然凝结状态.因此，它们在水中的行为完全符合经典的DLVO理论.在无机 电解质水溶液中，颗粒悬浮体系的分散、聚团可以通过对介质H值的调节或增大电解质浓度 来控制，特别是对多价电解质更明显.其机理是增强了双电层静电排斥作用，但是，对于自然 疏水的滑石和石墨来说，在大的H值区域内，无论其表面电位多高，均处于明显的聚团状态， 这一点已在过去的研究中得到了证明4一刚.疏水颗粒在水中的聚团主要源于颗粒表面疏水化 作用，因为疏水化作用力比双电层排斥力和Van der waals作用力大I~2个数量级，所以 它对颗粒聚团起着支配作用， 与此同时，在有表面活性剂吸附作用时，天然亲水的重质碳酸钙颗粒表面也表现出疏水 性而发生聚团，而天然疏水的滑石和石墨聚团行为进一步得到了加强（图3）.这可能是由于 表面活性剂在滑石的S-O层的断裂面上和在石墨表面失电子点上吸附，而加强疏水化作用， 因此强化了颗粒的聚团. 颗粒在非极性油（煤油）中的分散、聚团行为与图2相比有着完全相反的行为.如图8所 示，疏水颗粒在煤油中充分分散，而亲水颗粒处于完全聚团状态.这是由于亲水颗粒的表面具 有亲水疏油特性，颗粒与煤油介质间的相互排斥作用较强，导致颗粒彼此间吸引力增大，迫使 它们聚集成团难以分散；疏水颗粒表面则具有亲油特性，其表面与煤油分子的作用强于煤油 分子间的作用，颗粒在煤油中呈现充分分散状态.表面活性剂对滑石在煤油中的分散、聚团行 为随其浓度的增加周期性交替变化（图9）.这可能是表面活性剂在颗粒表面的胶束吸附所 致，还有待实验证实 亲水颗粒与天然疏水颗粒在纯乙醇中的分散行为无显著差异，不过，与图2，图3比较可 以看出，疏水颗粒的聚团有所减弱.有趣的是，当乙醇与水混合液的比例为1：1左右时，4种颗 粒的分散效果同时达到最佳状态（图6）.另外，表面活性剂对重质碳酸钙颗粒在乙醇中的分 散行为与在水中的分散行为有着完全不同的影响（图3，图7）.导致这种差异的原因可能与颗 粒表面的溶剂化膜的形成结构有关.详细机理尚有待进一步的研究， 4结论 固体颗粒在液相中的分散因其亲疏水性程度及液相性质而异.亲水颗粒在无机电解质水 溶液中的分散与聚团行为受颗粒间双电层静电排斥力控制；疏水颗粒，即天然疏水或通过表 面活性剂诱导的疏水颗粒在水溶液中的分散、聚团行为的决定要素是疏水化作用， 在非极性油（煤油）中，亲水颗粒完全聚团，而疏水颗粒充分分散， 在有机极性介质（乙醇）中，亲水性和疏水性颗粒均有较强的分散作用，与水相比，在乙醇 中的疏水化作用的概念看似失去了作用. 参考文献 1哈恩贝N,爱德华兹MF,尼路AW.工业中的混合过程.俞藏青，王英琛译，北京：中国石油化工出版 社，1991.9,115 2卢寿慈，翁达，界面分选原理与应用.北京：冶金工业出版社，1991 3任俊.硅酸钠在细粒赤铁矿与含铁硅酸盐矿物选择性聚团中的分散作用.矿治工程，1991(3)：29~33 4 Lu S C,Song S X,Dai Z.Dispersion of Fine Mireral Particle in Water.Advanced Powder Tech- nol,1992,3(2):89~96

v lo 2 0 oN . 1 任俊等 : 固体颗粒在液相 中的分散 . 5 . 的 P . 2 . C . 处呈 自然 凝结 状 态 . 因此 , 它 们 在水 中的行 为完 全符 合 经 典 的 D L V O 理论 . 在 无机 电解 质水 溶液 中 , 颗粒 悬浮 体系 的分散 、 聚团 可 以 通 过 对介 质 p H 值 的调节 或增大 电解 质浓度 来控制 , 特 别 是 对多 价 电解 质更 明显 . 其 机理 是增 强 了 双 电层 静 电排 斥作 用 . 但 是 , 对于 自然 疏 水 的滑石 和 石墨来 说 , 在 大 的p H 值 区域 内 , 无 论其 表 面 电位多 高 , 均 处于 明显 的聚 团状态 , 这 一 点 已 在过 去 的研究 中得 到 了 证 明 〔4 一 8〕 . 疏 水颗粒 在 水 中的 聚 团 主要 源于 颗粒 表面 疏水化 作用 , 因为疏 水 化作 用力 比双 电层排 斥力 和 v an de r w a ls 作 用力 大 】一 2 个 数 量级 l9] , 所 以 它对颗 粒聚 团起着 支配作 用 . 与此 同 时 , 在 有表 面活 性剂 吸 附作 用 时 , 天 然亲 水 的 重质 碳 酸钙颗 粒 表 面也表 现 出疏 水 性 而 发 生 聚 团 , 而天 然疏 水的滑 石 和石 墨 聚 团行 为 进一 步 得 到 了加 强 (图 3) . 这 可 能是 由于 表面 活性剂 在 滑石 的 iS 一 0 层 的断裂 面 上和在 石 墨表 面失 电子 点 上吸 附 , 而 加强 疏水 化作 用 , 因此 强化 了颗粒 的聚 团 . 颗 粒在 非 极性 油 (煤油 ) 中 的分散 、 聚团 行为 与 图 2 相 比 有 着完 全相 反 的行 为 . 如 图 8 所 示 , 疏 水颗 粒在 煤油 中充分分 散 , 而 亲水 颗粒处 于 完全 聚 团 状态 . 这是 由于 亲水 颗粒 的表 面具 有 亲 水疏 油特性 , 颗 粒与煤 油介质 间 的相 互排 斥作 用 较强 , 导致 颗粒 彼此 间吸 引力增 大 , 迫使 它们聚集成 团难 以 分散 ; 疏水颗粒 表 面则具 有 亲油 特性 , 其表 面 与煤 油分 子 的作 用强 于煤 油 分子 间 的作 用 , 颗粒 在煤油 中呈 现充分 分散状 态 . 表 面活性 剂 对滑石 在煤 油 中的分散 、 聚 团行 为 随 其浓 度 的 增 加周 期 性 交 替变 化 ( 图 9) . 这 可 能是 表 面活 性 剂 在 颗粒 表 面 的 胶束 吸附 所 致 , 还有待 实验 证实 . 亲水颗 粒 与天 然疏水颗粒 在纯 乙 醇 中的 分散行 为 无 显著 差异 , 不 过 , 与 图 2 , 图 3 比较可 以 看 出 , 疏水 颗粒的聚 团 有所减 弱 . 有 趣 的是 , 当乙 醇 与水混 合 液的 比例为 1 : 1 左右 时 , 4 种颗 粒 的 分散 效 果 同 时达 到最 佳状 态 (图 6) . 另 外 , 表面 活 性 剂 对重 质碳 酸 钙 颗粒 在 乙 醇 中的分 散行 为 与在 水 中的分 散行为 有着完 全不 同的影 响 ( 图 3 , 图 7 ) . 导致 这种 差异 的原 因可 能与颗 粒表 面 的溶 剂化 膜 的形成结 构有关 . 详 细机理 尚有待 进 一步 的研究 . 4 结论 固 体颗粒 在液 相 中的分 散 因其亲疏 水性程 度及 液相 性 质而异 . 亲 水颗粒 在 无机 电解质 水 溶 液 中的 分 散 与 聚团行 为受 颗粒 间双 电层静 电排斥 力 控制 ; 疏 水 颗粒 , 即天然 疏水 或 通过 表 面活 性剂 诱导 的疏 水颗粒在 水溶 液 中的分散 、 聚团行 为 的决定 要 素是疏 水化 作用 . 在 非极 性油 (煤 油 ) 中 , 亲水颗 粒完 全聚 团 , 而疏 水颗 粒充分 分 散 . 在 有机极性 介 质 ( 乙 醇 ) 中 , 亲水性 和 疏 水性颗 粒均 有 较强 的分散 作用 , 与 水 相 比 , 在 乙 醇 中的疏 水 化作 用 的概念看 似失去 了 作用 . 参 考 文 献 l 哈恩 贝 N , 爱德华兹 M F , 尼 璐 A W . 工 业 中的混合过程 . 俞 藏青 , 王 英深译 . 北京 : 中国石 油化工出版 社 , 1 9 9 1 . 9 , 1 1 5 2 卢寿慈 , 翁达 . 界 面分选原理 与应用 . 北京 : 冶金工 业 出版社 , 19 91 3 任俊 . 硅酸钠在细粒赤铁矿与含 铁硅酸盐矿物选择性 聚 团 中的分 散作用 . 矿 冶 一 毛程 , 19 1 (3) : 29 一 3 4 L u S C , S o n g S X , 1知」 Z . n s pe rs i o n o f E n e M 一l: e 几 一I Po r l l o l e ` 一z1 w : 一l o r . 入d v a n e e d P o w d e r eT e h - n o l , 1 9 9 2 , 3 ( 2 ) : 8 9一 9 6

6 北京科技大学学报 1998年第1期 5 Pchlin B A.Hydrophobic Interactions and Nature of the Dispersion Medium.Colloid J,1972, 34(305):783 6 Claesson P M,Blom C,Herder P C.Ninham B W.Interactions between Water-stable Hydrophobic Langmuir-blodgett Monolayers on Mica.J Colloid Interface Sci.1986.114.234 7 Lu S C.Song S X.Hydrophobic Interaction in Hocculation and Hotation I.Hydrophobic Flocculation of Fine Mineral Particles in Aqueous Solution.Colloid Surf,1991,57,49 8 Song S X,Lu S C.Flocculation of Fine Hematite,Rhoolochrosite and Siderie Particles in Aqueous Solution.J Colloid Interface Sci.1994.166,35 9 Rabinovich Y I,Derjaguin B V.Interaction of Hydrophobized Filaments in Aqueous Electrolyte Solu- tions.Colloid Surf,1988,30.243 Dispersion of Solid Particles in Liquid Media Ren Jun Lu Shouci Resources Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT The dispersion behaviors of solid particles of silica,calcite,talc and graphite in water,ethanol and kerosene media and the effect of certain surfactants such as sodium oleate on the dispersion behavior have been studied.It was found that hydrophilic particles, such as silica and calcite particles,which have naturally hydrophilic surface and manifest good dispersion behavior in water at suitable pH,tend to aggregate in kerosene;while the naturally hydrophobic talc and graphite particles,generally having a tendency to aggregate in water,disperse well in kersene.It was discovered that dispersion behavior of the parti- cles in the mixture of water and ethanol are much better than separately in water or in pure ethanol media,the maximum dispersion occurs in the mixture of water and ethanol with ratio 1:1.The effect of surfactants is completely opposite in water and kerosene. Furthermore,in kerosene media the dispersion behavior of particles fluctuates periodically with the increase of surfactant concentration. KEY WORDS dispersion;solid particle;aggregate;surfactant:hydrophobic function

北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 8年 第 l期 6 9 cP h li n B A . Hy d or Ph o b i e I n et car ti o n s a n d N a t u er o f [ he 众 s ep sr 一o n M e d l u m . C o l l o i d J , 1 9 7 2 , 3 4 ( 3 05 ) : 7 83 C I朗 s s o n P M , B l o m C , eH dr e r P C , N i n h am B W . In t e r ac t l o n s be t w e e n W a 一e r 一 s ta b l e H y d r o Ph o b le L i n g m u i-r b l ed g e t M o n o l a y e rs o n M i e a . J C o ll o i d I n te rfa e e S e 一 , 19 8 6 , 1 14 , 2 3 4 L u S C , S o n g 5 X . H y d or P h o b i e I n te acr t l o n 一n 日 o e e u l a t i o n a n d 卜l o at it o n l . H y d or Ph o b lc R oc e u l a t i o n o f E ne 硒 n e m l P a rtj e l e s i n A q u e o u s S o l u it o n . C o l l o l d S u rf , 19 9 1 , 5 7 , 4 9 S o n g S X , L u 5 C . R oc e ul a it o n o f 日 n e He m a it te , bR o o loc h r o s i te a n d S id e ir e P a rt i c l e s i n A q u e o u s S o l u it o n . J C o ll o i d I n te r f a c e S c l , 1 9 9 4 , 1 6 6 , 3 5 aR ib n o v i c h Y l , 块巧ag 山n B V . I n et acr it o n o f yH d or Ph o b i z e d E l am e n st i n A q u e o u s E l e e tr o l y et S o l u - it o n s . C o ll o i d S u fr , 19 8 8 , 3 0 , 2 4 3 D i s P e r s i o n o f S o l i d P a rt i e l e s i n L i q u i d M e d i a 凡尹n uJ n 12之 夕子口 u e i 掩 s o u 代 e s E n g l n e e n n g S c h o o l , U S T B e . Ji n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T hT e d i s pe rs i o n be h a v ib rs o f s o lid P a irt e l e s o f s ili e a , e a l e i et , at l e a n d g r a P h l et i n w a et r , e ht an o l an d k e or s e n e m e d i a a n d t h e e f fe e t o f e e r ta l n s u d ’a e 勿 n st s u e h as s o d i u r n o l e a et o n ht e d i s pe sr i o n be h a v i o r h a v e be e n s tu d i e d . I t w a s fo u n d t h a t h y d r o P h ili e P a irt e l e s , s cu h as s ili e a a n d e a l c it e P a rt i c l e s , w h i e h h a v e n a tu r a l ly h y d r o P h il i e s u afr e e a n d m a n i fe s t g o do d i s pe sr i o n be h va i o r i n w a et r a t s u i at b l e P H , et n d t o a g g er g a et i n k e or s e n e ; w h il e t h e n a ut ar ll y h y d r 0 P h o b i e at l e a n d g ar P h , et P a rt i e l e s , g e n e r a ll y h a v i n g a et n d e n e y to a g g er g a te i n w a et r , d i s pe sr e w e ll i n k e sr e n e . I t w as d i s e o v e r e d t h a t d i s pe sr l o n be h a v i o r o f ht e P a irt - e l e s i n ht e m i x ut er o f w a et r a n d e t h a n o l a er m u e h be t et r t h a n s e P a ar et l y i n w a et r o r i n P u er e ht an o l m e d i a , ht e m a x im um d i s pe sr i o n oc c u sr In t h e m i x tu er o f w a te r a n d e ht a n o l w i ht ar it o l : l . hT e e fe e t o f s u far c at n st 1 5 e o m P l e t e ly o PP o s i et i n w a te r a n d k e or s e n e . uF hrt e mr o er , i n k e or s e n e m e d i a t h e d i s pe sr i o n be h a v i o r o f P a rt i e l e s fl u e ut a et s pe ir o d i e a ll y w iht ht e i n e er as e o f s u r af e at n t e o n e e n tr a t i o n . K E Y W O R D S d i s pe sr i o n ; s o l i d P a irt e l e ; ag g r e g a et ; s u r af c at n t ; h y d or P h o b i e f u n c ti o n