湿部电荷测定原理(精)培训资料.ppt
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1、湿部电荷测定原理(精)2 2电荷的来源电荷的来源 2 21 1纤纤维维和和细细小小纤纤维维的的表表面面电电荷荷:半半纤纤维维素素、氧氧化化的纤维素、氧化的木素上的基团电离产生的纤维素、氧化的木素上的基团电离产生2 22 2颜料和填料的表面电荷颜料和填料的表面电荷2 23 3聚合电解质的溶解电荷聚合电解质的溶解电荷11/20/202223 3电荷分析方法电荷分析方法 检检测测造造纸纸湿湿部部电电荷荷的的两两种种应应用用最最广广泛泛的的技技术术是是利利用用ZetaZeta电电位位的的方方法法和和胶胶体体滴滴定定法法。尽尽管管这这两两种种方方法法可可以以指指导导人人们们了了解解造造纸纸系系统统中中的
2、的电电荷荷,但但他他们们检检测测到到的的物物理理化化学学性性质质差差别别很很大大。从从热热力力学学的的角角度度看看,动动电电学学测测量量的的是是内内涵涵性性质质,而而有有胶胶体体滴滴定定测测得得的的电电荷需求量是一种广延性质。荷需求量是一种广延性质。11/20/202233 31Zeta1Zeta电位法电位法 11/20/20224造造纸纸物物料料中中的的颗颗粒粒一一般般都都带带有有负负电电荷荷,颗颗粒粒表表面面的的负负电电荷荷吸吸引引着着束束缚缚在在表表面面上上的的一一层层平平衡衡离离子子(这这种种情情况况下下为为正正电电荷荷)和和一一层层水水分分子子,此此层层称称为为SternStern层
3、层,由由于于此此约约束束层层的的存存在在,不不可可能能直直接接在在表表面面测测量量电电荷荷数数量量。然然而而,可可以以测测量量约约束束层层和和溶溶液液本本体体之之间间的的剪剪切切平平面面上上的的电电位位,此此电电位位即即为为ZetaZeta电电位位。扩扩散散层层在在此此平平面面以以外外,那那里里离离子子成成分分逐逐渐渐接接近近溶溶解解本本体体的的成成分。这代表经典胶体化学的分。这代表经典胶体化学的“双电层双电层”。31Zeta电位法电位法 11/20/202253 31Zeta1Zeta电位法电位法 Zeta电电位位可可以以利利用用界界面面动动电电现现象象较较为为简简单单的的测测得得。所所谓谓
4、界界面面动动电电现现象象,就就是是对对接接触触着着的的两两个个相相的的界界面面平平性性的的施施加加电电场场时时,在在两两相相间间产产生生相相对对运运动动,或或者者反反过过来来,当当两两相相间间发发生生相相对对运运动动时时,与与运运动动方方向向平平行行的的产产生生电电位位差差的的现现象象。这这种种现现象象可可以以分分为为电电渗渗、电电泳泳、流流动动电电位位和和沉沉降降电电位位四四种种。常常用用的的测测定定方方法法有为电泳法、流动电流和流动电势法。有为电泳法、流动电流和流动电势法。11/20/2022631Zeta电位法电位法 利利用用ZetaZeta电电位位对对造造纸纸湿湿部部进进行行电电荷荷分
5、分析析,有有以以下下特特点点:(1 1)ZetaZeta电电位位是是对对微微粒粒表表面面电电荷荷密密度度的的间间接接说说明明,他他无无法法表表示示体体系系总总的的电电荷荷量量。(2 2)ZetaZeta电电位位只只与与微微粒粒表表面面电电荷荷有有定定性性的的关关系系,它它依依赖赖于于许许多多人人为为和和技技术术因因素素,如如:试试样样温温度度、离离子子强强度度及及筛筛出出胶胶体体的的技技术术等等。(3 3)大大多多数数ZetaZeta电电位位分分析析的的限限制制是是他他们们只只能能分分析析物物料料中中在在胶胶体体粒粒子子尺尺寸寸范范围围的的组组份份,这这里里不不包包括括除除细细小小纤纤维维以以
6、外外的的所所有有纤纤维维,对对以以可可溶溶胶胶体体存存在在的的阴阴离离子子垃垃圾圾很很不不敏敏感感。(4 4)ZetaZeta电电位位还还能能反反映映电电荷荷的的分分析析状状况况。ZetaZeta电电位位的的测测量量中中,电电荷荷的的大大小小和和电电性性可可由由在在给给定定电电场场中中微微粒粒的的运运动动而而得得出出。由由于于这这些些电电荷荷引引起起的的反反应应可可强强可可弱弱,并并依依赖赖于于微微粒粒表表面面组组成成,因因此此ZetaZeta电电位位分分布布可可能能是是变变化化的的(不不是是所所有有的的微微粒粒带带有有相相同同的的电电荷荷),尤尤其其是是在在不不只只一一种种物物质质的的条条件
7、件下下,如如矿矿物物填填料料纤维素纤维。纤维素纤维。11/20/20227要要获获得得浆浆料料的的最最佳佳留留着着率率和和滤滤水水性性能能,条条件件之之一一就就是是在在等等电电点点(ZpZp0 0)下下抄抄纸纸。生生产产实实际际中中,需需要要监监控控湿湿部部系系统统中中的的ZetaZeta电电位位变变化化趋趋势势,保保证证在在ZetaZeta电电位位接接近近零零时时抄抄纸纸。因因此此测测定定上上网网浆浆料料(网网前前箱箱中中)的的ZetaZeta电电位位是是非非常常重重要要的的。前前人人工工作作指指出出:ZpZp0 0并并不不能能保保证证抄抄纸纸处处于于最最佳佳条条件件,尤尤其其是是在在考考虑
8、虑化化学学添添加加剂剂如如阳阳离离子子聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺的的留留着着率率时时。如如果果投投加加的的阳阳离离子子化化学学品品在在与与纤纤维维、填填料料中中和和之之前前先先于于阴阴离离子子垃垃圾电中和,那么即使圾电中和,那么即使ZpZp接近于接近于0 0,留着率也会较低。,留着率也会较低。测测定定ZetaZeta电电位位的的作作用用在在于于:判判定定体体系系电电荷荷性性质质,决决定定在在调调整整其其时时应应加加入入何何种种性性质质的的聚聚电电解解质质。这这一一作作用用需在其他方法的配合下才能较好发挥。需在其他方法的配合下才能较好发挥。31Zeta电位法电位法 11/20/202283 32 2胶
9、体滴定法胶体滴定法 11/20/202293 32 21 1溶解电荷的测定溶解电荷的测定 可可溶溶电电荷荷量量的的测测定定依依据据是是聚聚合合电电解解质质可可与与带带相相反反电电荷荷的的聚聚合合电电解解质质或或表表面面活活性性剂剂形形成成复复合合物物。聚聚合合电电解解质质复复合合物物中中的的作作用用力力包包括括静静电电作作用用、憎憎水水相相互互作作用用、氢氢键键和和范范德德华华力力等等。在在反反应应中中由由于于聚聚合合电电解解质质分分子子的的长长链链结结构构,当当反反应应物物分分子子之之间间某某一一对对链链段段一一旦旦发发生生复复合合反反应应,相相邻邻链链段段由由于于不不需需要要发生分子构型的
10、显著变化,更加容易发生复合反应。发生分子构型的显著变化,更加容易发生复合反应。一一般般认认为为,聚聚合合电电解解质质复复合合物物的的形形成成过过程程是是两两步步机机理理:首首先先是是电电荷荷相相反反的的两两个个聚聚合合物物相相互互接接近近,这这是是一一个个扩扩散散过过程程;然然后后是是已已经经接接近近的的聚聚合合电电解解质质链链段段上上相相反反电电荷荷的的中中和和过过程程,这这一一过过程程与与聚聚合合物物的的结结构构、电电荷荷密密度度和和反反应应体体系系内内的的小小分分子电解质有关。子电解质有关。11/20/202210对对于于聚聚合合电电解解质质复复合合物物的的超超分分子子结结构构,Mich
11、aels提提出出“炒炒蛋蛋模模型型”(scambledegg model)。一一般般认认为为,这这个个模模型型比比“软软梯梯模模型型”(ladder model)更更接接近近于于真真实实情情况况。从从试试验验结结果果可可以以发发现现,“炒炒蛋蛋模模型型”和和“软软梯梯模模型型”仅仅是是两两种种极极端端的的情情况况。一一般般的的结结果果位位于于两两者者之之间间,但但更更接接近近于于前前者者。所所以以即即使使两两种种聚聚合合物物上上电电荷荷间间距距不不同同,仍仍可可以以实实现现一一一一化化学学计计量量。对对于于柔柔韧韧的的聚聚合合物物,这这种种一一一一化化学学计计量量非非常常好好,所所以以胶胶体体
12、滴滴定定即即可可用用于于测测量量聚聚合合物物上上电电荷荷的的量量,又又可可以以测测量量聚聚合合物物本本身身的的量量(如如果果其其当当量量重重量量是是已已知知的的)。在在一一些些情情况况下下,立立体体或或几几何何因因素素可可能能会会阻阻碍碍“良良好好”复复合合体体的的形形成成,严严格格一一一一化化学学计计量量的的偏偏差差是是可可能能的的。可可以以发发现现,刚刚性性结结构构大大分分子子的的这这些些几几何何因因素素不不许许电电荷荷靠靠得得很很近近,以以达达到到完完全全的的电电荷荷中中和和。在在实实际际情情况况中中,一一一一化化学学计计量量的的聚聚合合电电解解质质复复合合物物的的形形成成,可可以以认认
13、为为是是精精确确的的或或较较为为精精确确的的估估计计。形形成成的的聚聚合合电电介介质质复复合合物物可可能能是是可可溶溶的的,也也可可能能是是不不可可溶溶的的。通通常常,他他们们在在等等电电点点发发生生沉沉积积,因因为为带带电电位位置置对对可溶性的贡献很大。可溶性的贡献很大。321溶解电荷的测定溶解电荷的测定11/20/202211总总之之,胶胶体体滴滴定定可可以以对对造造纸纸系系统统中中与与可可溶溶带带电电大大分分子子和和表表面面活活性性物物质质分分子子相相连连的的电电荷荷进进行行较较为为准准确确的的测测量量。虽虽然然一一一一化化学学计计量量的的偏偏差差会会发发生生,但但这这种种偏偏差差不大,
14、可以检测到可溶电荷的绝大部分。不大,可以检测到可溶电荷的绝大部分。321溶解电荷的测定溶解电荷的测定11/20/2022123 32 22 2表面电荷测定表面电荷测定 关关于于无无盐盐溶溶液液中中阳阳离离子子聚聚合合物物吸吸附附到到纤纤维维素素纤纤维维上上的的研研究究认认为为,吸吸附附是是由由于于离离子子交交换换机机理理而而发发生生的的。在在这这种种情情况况下下,电电荷荷化化学学计计量量接接近近一一一一对对应应关关系系。而而在在大大量量盐盐类类存存在在的的实实际际系系统统中中,这这种种结结合合通通常常不不会会是是一一一一电电荷荷化化学学计计量量,但但可可以以认认为为得得到到的的是是这这种种环环
15、境境下下表表面面上上存存在在的的实实际际电电荷荷的的估估计计值值。吸吸附附到到表表面面上上的的聚聚合合物物的的量量依依赖赖于于许许多多试试验验因因素素,如如:聚聚合合物物种类、聚合物分子量、盐浓度和温度。种类、聚合物分子量、盐浓度和温度。11/20/202213另另外外,吸吸附附的的聚聚合合电电解解质质量量的的变变化化,体体现现了了系系统统中中表表面面电电荷荷量量的的变变化化。变变化化可可以以表表明明由由于于浓浓度度增增加加或或大大颗颗粒粒碎碎解解或或表表面面电电荷荷密密度度增增加加而而产产生生的的阴阴离离子子表表面面积积的的变变化化。在在任任何何情情况况下下,被被吸吸附附的的聚聚合合电电解解
16、质质的的量量,反反映映了了可可以以连连接接其其它它阳阳离离子子物物料料的的阴阴离离子子表表面面积积。阳阳离离子子物物质质被被吸吸附附到到微微粒粒的的一一部部分分表表面面上上,有有架架桥桥引引起起的的絮絮凝凝需需要要微微粒粒上上的的开开放放表表面面,使使得得高高分分子子量量的的聚聚合合物物连连接接到到一一个个以以上上的的微微粒粒上上。获获得得最最佳佳絮絮凝凝的的开开放放表表面面是是未未知知的的,该该面面积积的的大大小小可可由由实实验验,通通过过胶胶体体滴滴定定确确定定可可吸吸附附的的聚聚合合电电解解质质的的量量来来测测得得。另另一一个个例例子子是是,如如果果微微粒粒表表面面完完全全被被吸吸附附的
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