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第七章：水环境中的胶体与界面作用第一节：胶体一．胶体基本知识（一）胶体的基本概念胶体：胶体是物质存在的一种特殊状态，它普遍存在。
1.胶体分类在常见的物理化学教材科书中，胶体被定义为“任何线性直径在10-9 m到10-6 m间的粒子”，即胶体粒径大小范围为1～1000 nm，故也可以称其为“纳米粒子”。
所以在透过0.45 μm微孔膜的水样中，除了真正的溶解态组分外，还存在着胶体。
在实际研究工作中，可将胶体粒子定义为“能透过0.45 μm微孔膜，但却能被可截留相对分子质量1000以上物质的超滤膜所保留的粒子”。
胶体分为两类：亲液胶体和憎液胶体。
如蛋白质、明胶等容易与水形成胶体的溶液叫做亲液胶体，而那些本质上不溶于介质的物质，必须经过适当处理后，才可将它分散在某种介质中的，叫做憎液胶体。
凡分散介质为液体的胶体体系称为液溶胶，分散介质为气体的则称为气溶胶，而分散介质为固体的则称为固溶胶。
2.胶体的结构胶体表面带电后，由于静电引力的关系，可从溶液中再吸附一些荷电相反的粒子（称为“反离子”），它们与胶体表面保持一定的距离。
离表面近的反离子，受的引力较大，总是随胶体粒子一起移动，故合称为“固定层”，也称吸附层。
离胶体表面更远的反离子，由于受到的引力较小，在胶体粒子移动是，它们并不随之移动，称为“扩散层”。
胶粒=校核+吸附层胶团=胶粒+扩散层反离子[胶核│n表面离子+（n-x）反离子]x±·x反离子±（二）胶体的电学性质1.胶体粒子表面电荷的由来（1）电离一些胶体粒子，在水中本身就可以电离，故其表面带电荷。
（2）离子吸附分散相对表面对电解质正负离子不相等的吸附，从而使其表面获得电荷。
具有水合作用的物质（如蛋白质、多糖等）表面不太容易吸附离子，而疏水物质的表面（如脂类表面）则比较容易吸附离子（DunanJ.Shao，1983）。
（3）晶格取代晶格取代也是黏土粒子带电的原因之一。
2.ξ－电位这种当分散相和分散介质做相对运动时，吸附层和扩散层之间存在的电位差称为电动电位，用希腊字母ξ－（Zeta）表示，又称为ξ－电位。
固液界面上的吸附实验报告一、实验目的本实验旨在研究固液界面上的吸附现象，了解吸附的基本原理和影响因素，掌握吸附量的测定方法，以及分析吸附等温线和吸附动力学。
二、实验原理当固体与液体接触时，液体中的溶质分子会在固体表面发生吸附。
吸附的驱动力通常是溶质分子与固体表面之间的相互作用力，如范德华力、氢键、静电引力等。
吸附量通常用单位质量的固体吸附溶质的物质的量或质量来表示。
常见的吸附等温线模型有 Langmuir 等温线和 Freundlich 等温线。
Langmuir 等温线假设吸附是单分子层的，且吸附位点是均匀的；Freundlich 等温线则是经验公式，适用于非均匀表面的吸附。
吸附动力学可以用准一级动力学方程和准二级动力学方程来描述。
准一级动力学方程基于吸附速率与未被吸附的吸附质浓度成正比；准二级动力学方程则基于吸附速率与未被吸附的吸附质浓度的平方成正比。
三、实验仪器与试剂1、仪器恒温振荡器离心机分光光度计电子天平容量瓶、移液管等玻璃仪器2、试剂某种吸附质的标准溶液待吸附的固体材料四、实验步骤1、准备不同浓度的吸附质溶液准确称取一定量的吸附质标准品，用溶剂配制成一系列不同浓度的溶液。
2、称取固体吸附剂使用电子天平称取若干份等质量的固体吸附剂。
3、吸附实验将称好的固体吸附剂分别加入到不同浓度的吸附质溶液中，放入恒温振荡器中，在一定温度下振荡一定时间，使吸附达到平衡。
4、离心分离将振荡后的溶液离心，使固体吸附剂与溶液分离。
5、测定吸附后溶液中吸附质的浓度使用分光光度计测定离心后上清液中吸附质的浓度。
6、计算吸附量根据吸附前后溶液中吸附质的浓度变化，计算单位质量固体吸附剂的吸附量。
五、实验数据处理与分析1、绘制吸附等温线以吸附量为纵坐标，吸附质平衡浓度为横坐标，绘制吸附等温线。
通过对实验数据的拟合，判断符合哪种等温线模型（如 Langmuir 或Freundlich），并求出相应的模型参数。
2、分析吸附动力学根据不同时间点的吸附量数据，采用准一级动力学方程和准二级动力学方程进行拟合，确定吸附动力学方程，并求出速率常数。
固-液界面吸附理论概述1.2。
1固-液界面吸附现象固液吸附作为一种重要的物理化学现象，在环境科学研究中具有非常重要的应用价值。
深入研究固液吸附行为不仅能为阐明污染物在环境中的滞留、分布、迁移、转化及归宿规律提供重要的理论基础，而且能够为新型吸附剂的开发与工程应用提供有效的理论指导[6]。
固体表面具有分子（原子）移动困难，表面不均匀，表层、内部组成不同等特点，而固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能、吸附行为。
根据吸附分子与固体表面的作用力的性质不同，可以把吸附分为物理吸附和化学吸附两类。
就吸附本质来说，物理吸附的作用力是范德华力（Van der Waals ）引力，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，没有原子重排等。
此类吸附的吸附速率和解吸速率都很快，是一种可逆过程，且一般不受温度的影响。
化学吸附的本质是在固体表面与吸附物之间形成了化学键。
它的吸附与解吸速率都较小，大多数情况下属于不可逆过程，而且温度升高时吸附（和解吸）速率增加。
化学吸附需要活化能，而物理吸附却不需要活化能。
因此物理吸附在低温时即能发生，而化学吸附都需要较高的温度[7]。
吸附质在固-液界面的吸附是一个比较复杂的过程，受很多因素影响，主要包括：（1）吸附剂的物化性质；（2）溶液体系的性质，如酸度、离子强度等；（3）吸附质本身的性质；（4）其他因素，如固液比、环境状况等等[8]。
1.2.2吸附动力学吸附动力学是判断吸附是否达到平衡的有效方法，在核素迁移、扩散及很多方面都有着广泛的应用。
从早期的一级可逆动力学模型到后来的准一级、准二级动力学模型，吸附动力学建模理论在实践中不断得到发展和完善。
目前被广泛采用的是准一级[9]和准二级动力学模型[10]。
（一）准一级动力学模型[8]准一级吸附动力学方程定义为：在给定条件下，吸附质在固体表面的吸附速率与给定时间内吸附质在固体表面的吸附增量成正比，数学表达式为：)(d 1t e t q q k dtq -= （1-1） 其中，q t ，q e 分别为吸附质在t 时刻和吸附平衡时在固体表面的吸附量，单位为mg/g 或mmol/g ；k 1为条件速率常数，单位为h -1。
固液界面吸附实验报告实验目的：1.了解吸附现象的基本原理和特点；2.了解吸附剂的吸附性能和表征方法；3.掌握吸附剂的活化方法及其对吸附性能的影响。
实验原理：吸附是指气体、液体或溶液中分子、原子或离子等在液体或固体表面上附着的现象。
吸附作用有物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附剂表面的物理力与被吸附物相互作用，并把被吸附物附在吸附剂表面上的吸附现象。
该吸附作用是可逆的，一般发生在低温和低吸附浓度条件下。
而化学吸附是指化学元素与被吸附物化学键结合在一起，形成化学键的吸附作用，该吸附作用是不可逆的，一般发生在高温和高吸附浓度条件下。
在固液界面的吸附过程中，液态溶剂上浮的本质原因是溶剂的表面张力较低，此时吸附在固体表面的分子具有吸引液体的作用，表面液体向着固体表面收缩，将固体表面润湿。
如果液体表面张力过大，则液体不能充分润湿固体表面。
所以，吸附剂表面性质至关重要，而表面化学性质恰恰是与润湿性质有关的一个非常重要的性质。
吸附剂表面活性位数量的多少和分布情况直接影响吸附能力的大小。
实验步骤：1.将炭黑样品称重并加入玻璃瓶中；2.加入一定量的硫酸铜，并用磁力搅拌器搅拌20分钟；3.放置120分钟，定量取20ml样品待用；5.待吸附剂充分吸附后，用滤纸过滤样品并取得滤液；6.测定滤液中吸附剂的浓度，并计算出吸附量；7.记录数据，并做出吸附以及吸附的等温线。
实验数据：样品炭黑质量 2.5g样品溶液体积 500mL硫酸铜的质量 100mg吸附剂质量 0.5g吸附率 85%实验结果：通过实验可以发现，吸附剂的吸附率为85%，表明吸附剂对样品中的杂质具有较强的吸附能力。
而吸附等温线的形状可以反映吸附剂表面的化学性质和吸附动力学特征。
通过本实验我们可以发现，吸附作用是固液界面的一种物理现象，其特征是发生在液体和固体表面之间。
吸附剂的性质也是影响吸附能力的重要因素，而吸附剂表面活性位数量和分布情况直接决定了吸附能力的强弱。
