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④第1s99年4
中国粉体技术
ChinaPowderScienceandTechnology
V0】.5No2
April1g99
作者介绍：见奉刊1998,4(1):25
亲水性及疏水性颗粒在水中的分散行为研究
任俊卢寿兹
-
.————～-——-——～
(北京科技太学资源工程学院.北京100083
摘要研究了亲水性扣疏水性两大类型颗粒在水中的分I.2实验方法
散规律夏颗粒分散行为与表面润湿性，表面电位的关系a对I.2.I颗粒分散行为颗粒在水中的聚团及强化团聚的方法，如混凝, 选择性聚团，疏水聚团和油团聚等"已在矿物加
工，水处理及食品加工等行业获得广泛的工业应用
在粉体技术，化工，涂料和医药等领域中，聚团的逆
过程——颗粒分散则是提高工艺效率，改善产品质
量和性能的关键技术手段.
本文以亲水及疏水两类型颗粒为对象，研究它
们在水中的分散规律及分散行为与颗粒的润湿性及
表而电位的关系，进而通过粒间作用势能的计算讨
论r分散作用机制
健身茶1样品与实验方法
1.I样品及性质
实验用样品为自然界中亲水和疏水两类颗粒的
典理代表——亲水的二氧化硅，碳酸钙和疏水的滑石和石墨.这些矿物颗粒被广泛地用作填料，颜料和涂辩.
二氧化硅和石墨为化学合成品.碳酸钙和滑石
为天然矿物，分别产于中国甘肃林桃和辽宁海城.经提纯，研磨，筛分，洗涤和低温晾干制得微粒样品.它们的各种性质见表I.
表1实马盘样品的性质
吲家自然科学基金(59574031)资助课题
收稿日期:l9981227电视制作
实验采用自行设计组装的电子沉降天严测定颗
粒分散行为称取2g试样放入量筒中，加入200mI 水溶液，用转速为550r/mln的搅拌器搅拌5rain，立即进行测定记录下不同沉降时间沉降在沉降盘上颗粒的质量‰沉降盘上方的悬浮液中颗粒总重量m.，定义mo—m与‰的比值为分散率，则
一二×100%(1)
f)Ln
为分散率，将其作为评价颗粒在水中的分散标
志，即值越大，分散效果越好；反之分散效果差.
1.2.2亲水性颗粒表面的亲液程度的衡量
颗粒表面的亲液程度可由润湿热或蒸气吸附测
定表述.由于所用测试仪器和方法比较复杂.本文借鉴粉末接触角测定方法.定义颗粒表面润湿指数卢来
物联网实验设备反映完垒润湿颗粒表面亲液程度的差异
测定装置如图l所示，粉末接触角0可由下式
确定
等一2cos￡开
式中^——在时间内液体对颗粒的渗透高度
——
液体的粘度系数;
R'——颗粒柱液遭的平蝴半稃;
4
1一电子天平2颗粒床层3试维4谩孔
图1甄牡表面亲水程度测定装置
(2)
《中国粉体技术》199g年第2期?理论研究一7 ——
液体的表面张力;
口——润湿接触角;
c——修正系数.
当颗粒的粒度及装填量一定,R为常数时，颗
粒与液体亲和程度越高,cos0值越大，同时÷也越大.定义润湿指数
卢一争os0㈣
即÷一C?口?(4)
测定步骤：将一定量表面清洁的颗粒装入一定
内径的测量管中(测量管装入前用沸腾洗液处理，再用蒸馏水反复洗涤后，在125℃恒温烘干，冷却至
室温待用)，边加边振动，最后使颗粒床层至一固定体积.将测量管移至试液上方并使其与试液在一定刻度接触，记下不同时间颗粒床中试液上升的高度h. 令碳酸钙在天然表面状态下，润湿指数p一1,
2
确定常数C，即可通过测定颗粒在其它状态下的÷
值，确定相应的值.值越大，表示颗粒表面的亲
水性越强.
1.2.3疏水性颗粒表面润湿接触角的测定
采用气泡测定法在接触角测量仪上测定润湿接
气浮转台触角.被测样品为天然晶体完整的大块纯矿物，经抛光成光滑表面制片.测定误差为±2.5..
1.2.4Zeata电位测定
用WR一16LAQ(PowerMate466D)Zeta电位仪
测定颗粒的Zeta电位.颗粒磨细至2m，配制成
稀溶液，将悬浮液注入电泳槽自动测定.反复测定3 次，误差小于15，再将3个数据平均即得.
2颗粒在水中的分散行为
二氧化硅，碳酸钙，滑石和石墨4种颗粒在水中
的分散行为如图2所示.图2-a及2b所示的亲水
的二氧化硅和碳酸钙的分散行为受体系pH值的支配和控制.不同pH值时，其分散行为有显着差异, 二氧化硅和碳酸钙分别在pH=10和pH=5左右分散性最好，而在pH=2.9和pH;11时，分散性最
燕，聚团行为增强.图2-c及2-d表明，疏水的滑石
和石墨在水中的分散行为有显着的聚团现象，且几乎不受介质pH值的影响.从沉降的动力学趋向看, 亲水性颗粒在水中聚团速度较慢，疏水性颗粒聚团速度快.在水中，亲水性颗粒较疏水性颗粒的分散性要好的多.
a一二氧化硅b一碳酸钙c一滑石d一石墨
图2在不同pH值下颗粒在水中分散率
pigi
与沉降时间的关系
图3为碳酸钙及滑石颗粒在水中的显微照片.
从图3中也可清晰地观察到，在pH一11时，碳酸钙
呈强烈聚团状态，而滑石颗粒在广泛的pH范围内, 均呈强烈聚团状态.
3颗粒表面的润湿性，一电位与分散
行为的关系
对照图4中～pH,℃～pH和口，卢～pH曲线可
以看出，亲水颗粒的分散行为与℃一电位有相当好的一
致关系，即颗粒表面℃一电位绝对值越大，分散越好；润湿指数大分散性好，颗粒的最佳聚团pH值与它们的零电点(P.z.C.)相吻合，这与DLVO理论
一
致然而，对疏水的滑石和石墨，其分散行为与℃一
电位之间却不存在这种对应关系，即使在}电位绝
对值很高的pH处，颗粒仍处于强烈的聚团状态.它们的润湿性与分散行为有相当好的一致关系，同时, 均不受pH的影响.很显然，仅考虑颗粒间的Van derWaals作用能和双电层作用能是不能准确描述
疏水颗粒在水中的分散行为的，此时必须考虑疏水作用.
4颗粒在水中的分散作用机理
下面根据颗粒在水中的各种相互作用，探讨支电工工具包
配颗粒一水溶液体系的聚团一分散机理
41颗粒间的V anderWaais作用能
两个半径分别为足,R的球形颗粒间V ander
Waals作用能的表达式":
=㈣
'0
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