胶体与表面化学-乳状液与泡沫课件.ppt

1、第第8 8章章 乳状液与泡沫乳状液与泡沫1/3/202318.1乳状液的物理性质乳状液的物理性质8.2乳状液的稳定因素乳状液的稳定因素8.3破破乳乳8.4泡沫泡沫 1/3/20232一、乳状液一、乳状液 定义：由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分定义：由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分 散系统，称为乳状液。散系统，称为乳状液。例：牛奶、炼油厂的废水、乳化农药例：牛奶、炼油厂的废水、乳化农药。若一为水，。若一为水，可用可用“W”表示；另一相为有机物，如苯、煤油表示；另一相为有机物，如苯、煤油，习，习惯上称之为惯上称之为“油油”，可用，可用“O”表示。表示。乳状液乳状液 可分为可分为两大

2、类型两大类型水包油，水包油，O/W，油分散在水中油分散在水中油包水，油包水，W/O，水分散在油中水分散在油中8.1乳状液的物理性质乳状液的物理性质1/3/20233乳状液的乳状液的分散相分散相被称为被称为内内相，相，分散介质分散介质被称为被称为外相。外相。若若某相某相体积分数大于体积分数大于74%，它只能是乳状液的，它只能是乳状液的外相外相。乳化剂乳化剂的种类的种类表面活性物质表面活性物质某些固体粉末某些固体粉末OW乳化剂乳化剂 乳状液乳状液要得到比较稳定的乳状液，必须加入要得到比较稳定的乳状液，必须加入乳化剂。乳化剂。乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用乳化作

3、用乳化作用1/3/20234乳状液类型的鉴别乳状液类型的鉴别 (1)染色法染色法：将：将油溶性油溶性染料滴入乳状液，振荡染料滴入乳状液，振荡 后在显微镜下观察，后在显微镜下观察，鉴别乳状液是鉴别乳状液是O/W型，还是型，还是W/O型的方法主要有：型的方法主要有：若若内相被染色内相被染色，则为，则为O/W型；型；若若外相染色外相染色，则为，则为W/O型。型。(也可用水溶性染料做试也可用水溶性染料做试 验验)。1/3/20235(3)导电法导电法：因为：因为水导电性强水导电性强于油，于油，O/W型乳状液的型乳状液的导电性能导电性能 远好远好于于W/O型乳状液，型乳状液，通过测电导可区别两者。（通过

4、测电导可区别两者。（但但若若 乳状液中有乳状液中有离子型乳化剂离子型乳化剂，也有较好导电性。），也有较好导电性。）(2)稀释法稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水在水中能稀释中能稀释，即为，即为O/W型；在型；在油中能稀释油中能稀释，即为，即为W/O型。型。1/3/20236 1、液滴的大小和外观、液滴的大小和外观二、乳状液的物理性质二、乳状液的物理性质1/3/20237 2、光学性质、光学性质（1）当液滴直径）当液滴直径光波长时，反射光波长时，反射（2）当液滴直径）当液滴直径光波长时，透过光波长时，透过（3）当液滴直径略小于光波长时，反射）当液

5、滴直径略小于光波长时，反射（4）液滴透明时折射）液滴透明时折射二、乳状液的物理性质二、乳状液的物理性质1/3/20238 3、粘度、粘度外相粘度起主导作用外相粘度起主导作用4、电性质、电性质取决于外相取决于外相二、乳状液的物理性质二、乳状液的物理性质1/3/20239 添加少量的添加剂就能使乳状液比较稳定的存在，解添加少量的添加剂就能使乳状液比较稳定的存在，解释这种现象的理论就是释这种现象的理论就是乳状液的稳定理论乳状液的稳定理论，它大致有以，它大致有以下几个方面：下几个方面：8.2乳状液的稳定因素乳状液的稳定因素1/3/202310 乳状液系统的相界面面积比构成它的纯液体要大得多乳状液系统的

6、相界面面积比构成它的纯液体要大得多，是不稳定分散系统。加入少量表面活性剂，表面活性剂，是不稳定分散系统。加入少量表面活性剂，表面活性剂在两相界面产生正吸附，在两相界面产生正吸附，明显降低界面张力明显降低界面张力，使表面吉布使表面吉布斯函数降低斯函数降低，稳定性增加。稳定性增加。表面活性剂的表面活性剂的HLBHLB值可决定形成值可决定形成乳状液的类型：乳状液的类型：HLB 26:形成形成W/O型乳状液；型乳状液；HLB 1218:形成形成O/W型乳状液。型乳状液。IIIIII1)1)降低界面张力降低界面张力1/3/202311附附:乳化剂的选择乳化剂的选择可根据可根据HLBHLB值选择乳化剂：值

7、选择乳化剂：HLB HLB，亲油性亲油性，8 8 8 亲水亲水。H HL LB B 用用 途途 3 3 6 6 W/O 乳乳 化化 剂剂 7 7 9 9 润润 湿湿 剂剂 8 8 1 18 8 O/W 乳乳 化化 剂剂 1 13 3 1 15 5 洗洗 涤涤 剂剂 1 15 5 1 18 8 加加 溶溶 剂剂 HLB值可以从手册查出，也可以估算值可以从手册查出，也可以估算1/3/202312 离子型表面活性剂在水中电离，若正离子在水中的溶解度离子型表面活性剂在水中电离，若正离子在水中的溶解度大于负离子，则水带正电，油带负电。带电的一端指向水，大于负离子，则水带正电，油带负电。带电的一端指向水，

8、正离子在在水中呈扩散状分布，形成扩散双电层。它有较大正离子在在水中呈扩散状分布，形成扩散双电层。它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。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。2 2）形成扩散双电层）形成扩散双电层1/3/202313惯 离子型：离子型：表面活性剂表面活性剂 非离子型：聚乙二醇类：聚氧乙烯醚、非离子型：聚乙二醇类：聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯聚氧乙烯酯阴离子型：如肥皂阴离子型：如肥皂，RCOONa阳离子型阳离子型:胺盐胺盐两性型：氨基酸型两性型：氨基酸型RR+R+复习：复习：1/3/202314 乳化过程也是分散相液滴表面界面膜的成膜过程，界面膜乳

9、化过程也是分散相液滴表面界面膜的成膜过程，界面膜的强度、韧性和厚度，对乳状液的稳定性起重要作用。的强度、韧性和厚度，对乳状液的稳定性起重要作用。配制特定组成的乳化剂，以形成较牢固的界面膜，可增配制特定组成的乳化剂，以形成较牢固的界面膜，可增加乳状液的稳定性。加乳状液的稳定性。例水溶性的十六烷基磺酸钠例水溶性的十六烷基磺酸钠+油溶性的乳化剂异辛甾烯醇油溶性的乳化剂异辛甾烯醇，可形成带负电荷的稳定的，可形成带负电荷的稳定的O/W乳状液。乳状液。3 3）界面膜的稳定作用）界面膜的稳定作用1/3/202315 分布在分布在乳状液界面层的乳状液界面层的固体微粒固体微粒,也能起到稳定剂的作也能起到稳定剂的

10、作用。光滑球形粒子，若不考虑重力，在油用。光滑球形粒子，若不考虑重力，在油-水界面上的分布水界面上的分布情况，情况，油油根据根据YoungYoung方程有：方程有：os ws=ow cos 固固 so ow水水 sw 为油水界面与水固界面的夹角。为油水界面与水固界面的夹角。cos =（os ws）/ow 4 4）固体粉末的稳定作用）固体粉末的稳定作用1/3/202316 固固 so ow水水 swa.os ws，900 水能润湿固体，水能润湿固体，大部分粒子浸入水中；大部分粒子浸入水中；有如下三种情况：有如下三种情况：固固 os ow水水 ws油油b.b.os 900 油能润湿固体，油能润湿固

11、体，大部分固体粒子在油中。大部分固体粒子在油中。1/3/202317 ow ws 固固 os水水油油c.os =ws，=900，粒子在油水之间。粒子在油水之间。1/3/202318 所以，容易被水润湿的固体，如粘土、所以，容易被水润湿的固体，如粘土、AlAl2 2O O3 3，可，可形成形成O/W乳状液乳状液。油油水水 若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固体粒子大部分应当在分散介质中固体粒子大部分应当在分散介质中。1/3/202319 容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作为容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作为W/O型型乳状乳状液的稳定剂液的稳

12、定剂。水水油油1/3/202320定义：使乳状液破坏的过程称为定义：使乳状液破坏的过程称为破乳破乳或或去乳化。去乳化。其过程分为两步：其过程分为两步：第一，分散相小液滴第一，分散相小液滴絮凝成团絮凝成团；第二，凝聚，即分散相第二，凝聚，即分散相结合成更大的液滴结合成更大的液滴，在重力场，在重力场 下自动下自动分层分层。乳状液稳定存在的主要原因是乳化剂的存在，所以，乳状液稳定存在的主要原因是乳化剂的存在，所以，要破乳就要要破乳就要消除消除或或削弱乳化剂的保护能力。削弱乳化剂的保护能力。8.3破破乳乳1/3/202321常用方法为：常用方法为：1)用用不能形成不能形成牢固牢固膜膜的表面活性物质代替

13、原来的乳化剂。的表面活性物质代替原来的乳化剂。例如，异戊醇，表面活性强而碳氢链短，不能形成牢例如，异戊醇，表面活性强而碳氢链短，不能形成牢 固的界面膜。固的界面膜。2）加入能与乳化剂发生反应的物质，将它变成无乳化）加入能与乳化剂发生反应的物质，将它变成无乳化 作用的物质。例如，油酸钠可使乳状液稳定，加无机作用的物质。例如，油酸钠可使乳状液稳定，加无机酸，可使油酸钠变为不具有乳化作用的油酸，而达到酸，可使油酸钠变为不具有乳化作用的油酸，而达到破乳的破乳的 目的。目的。3）加入类型相反的乳化剂，如向加入类型相反的乳化剂，如向O/W型的乳型的乳状液，状液，加入加入W/O型乳化剂型乳化剂1/3/202

14、3225）物理方法：）物理方法：离心分离，电泳破乳，超声波破乳离心分离，电泳破乳，超声波破乳4）加热。温度升高，可降低乳化剂在油加热。温度升高，可降低乳化剂在油-水界面的吸水界面的吸 附量，削弱保护膜对乳状液的保护作用，降低介质的附量，削弱保护膜对乳状液的保护作用，降低介质的粘度。粘度。1/3/202323 在含有表面活性剂的溶液中，吹入空气，则形成在含有表面活性剂的溶液中，吹入空气，则形成许多小气泡。若气泡彼此之间距离较远，相互之间许多小气泡。若气泡彼此之间距离较远，相互之间影响可忽略不计。则由于附加压力的作用，小气泡影响可忽略不计。则由于附加压力的作用，小气泡为圆球形。为圆球形。但若许多小

15、气泡堆积在一起时，由于重力场的作但若许多小气泡堆积在一起时，由于重力场的作用，将有一部分液体从气泡之间流出，使气泡之间用，将有一部分液体从气泡之间流出，使气泡之间的隔膜各处厚薄不一，若仍不破裂则成为的隔膜各处厚薄不一，若仍不破裂则成为泡沫泡沫。由于附加压力的影响，泡沫中的小气泡形状一般由于附加压力的影响，泡沫中的小气泡形状一般不能保持球形，而变成大小不等不能保持球形，而变成大小不等、形状各异的气泡、形状各异的气泡，其线度一般，其线度一般 100 nm，用肉眼即可观察到。，用肉眼即可观察到。8.4泡沫泡沫1/3/202324 若分散介质为熔融体，由于它有很高的粘度若分散介质为熔融体，由于它有很高

16、的粘度，使其中分散的小气泡既不容易破裂，又难于互，使其中分散的小气泡既不容易破裂，又难于互相靠近。降温后凝固得到相靠近。降温后凝固得到固体泡膜固体泡膜，如浮石，如浮石、泡、泡沫玻璃、泡沫塑料等等。沫玻璃、泡沫塑料等等。若分散介质为液体，则称为若分散介质为液体，则称为液液体泡沫体泡沫。若要得到比较稳定的液。若要得到比较稳定的液体泡沫，必须加入体泡沫，必须加入起泡剂起泡剂。起泡起泡剂剂实际上也是表面活性剂，它们实际上也是表面活性剂，它们在气在气液界面上发生正吸附（表液界面上发生正吸附（表面过剩为正），形成定向排列的面过剩为正），形成定向排列的吸附膜吸附膜。这样不但降低了气。这样不但降低了气液液吸附

17、膜吸附膜界面的张力，而且增加了界面膜的机械强度，使泡沫能比较稳定界面的张力，而且增加了界面膜的机械强度，使泡沫能比较稳定的存在。的存在。1/3/202325 因为液体泡沫具有较大的气因为液体泡沫具有较大的气液界液界面，液体容易蒸发，或是由于振动，液面，液体容易蒸发，或是由于振动，液体泡沫都会破裂。所以它存在的时间比体泡沫都会破裂。所以它存在的时间比较短。较短。吸 附吸 附膜膜 某些不容易被水润湿的固体粉某些不容易被水润湿的固体粉末对泡沫也能起到稳定作用。如在末对泡沫也能起到稳定作用。如在水中加一些粉末状的烟煤，经强烈水中加一些粉末状的烟煤，经强烈振荡，可形成三相泡沫。煤末排列振荡，可形成三相泡

18、沫。煤末排列在气泡周围，类似于形成牢固的固在气泡周围，类似于形成牢固的固体膜，使泡沫变得更稳定。体膜，使泡沫变得更稳定。1/3/202326 利用泡沫技术可以对矿物作浮利用泡沫技术可以对矿物作浮选。先将矿石粉碎成选。先将矿石粉碎成 105 nm以下以下的颗粒，加入足够的水的颗粒，加入足够的水、适量的浮、适量的浮选剂及少量的起泡剂，再强烈鼓入选剂及少量的起泡剂，再强烈鼓入空气，即形成大量气泡。这时憎水空气，即形成大量气泡。这时憎水性强的有用矿物附在气泡上，并随性强的有用矿物附在气泡上，并随之上浮到液面，而被水润湿的长石之上浮到液面，而被水润湿的长石、石英等废石则沉于水底，如左图、石英等废石则沉于

19、水底，如左图所示。所示。加入加入适量的浮选剂能增加矿物的憎水性，使水对矿物的接触适量的浮选剂能增加矿物的憎水性，使水对矿物的接触角达到角达到 50 70 以上，就能达到浮选效果。浮选后能提高矿物以上，就能达到浮选效果。浮选后能提高矿物的品位，有利于冶炼。的品位，有利于冶炼。此外，在泡沫灭火剂、泡沫殺虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等此外，在泡沫灭火剂、泡沫殺虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面，都用到泡沫技术。方面，都用到泡沫技术。1/3/202327泡泡沫沫 但在发酵但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺中，泡沫、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺中，泡沫的出现会给操作带来诸多不便，因此在这类工艺操作中，必的出现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。须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。1/3/202328