应用胶体与界面化学(赵振国)(第二版)

《应用胶体与界面化学（第二版）》简明介绍了胶体与界面化学的基础知识(强调基本概念，理论模型的条件和应用限制，多不涉及公式的详细推导)，着重介绍了有代表性的实际应用、科学实验方法和对实验对象及数据的处理与分析，其中包括溶胶、单分散胶体、纳米粒子的制备，乳状液、微乳液、泡沫、凝胶等实用分散体系的形成、结构与应用，表面活性剂及其在增溶、洗涤、催化作用中的应用，不溶物单层、LB膜、BLM、自组装膜的形成及应用，吸附作用及其在水处理、气体分离中的应用和常用吸附剂的结构特点及应用等。各章内容有简有繁，为了便于学习和理解，许多章节给出实例予以说明。每章后编写了若干习题，供读者选择应用。《应用胶体与界面化学（第二版）》可作为化学、应用化学、环境、材料、生物、油田化学、气体工业等相关专业本科生、研究生开设胶体与界面化学课的教材和教学参考书，也可供相关领域工作的科技人员参考。

赵振国，北京大学化学学院，教授，主要教学经历长期担负物理化学课程的辅导、实验，胶体与界面化学实验的主管工作。主讲界面化学、吸附理论、界面物理化学等课程。指导本科生毕业论文和硕士生研究工作。主要科学研究经历20世纪60年代从事气体在固体表面的吸附研究，80年代以后从事固体自溶液中的吸附研究。先后参加国家自然科学基金的重点项目（两亲分子有序组合体及组合体内化学反应性质的研究）及一般项目（吸附现象研究、界面吸附层结构研究、陶瓷粉浆化过程的分散、稳定和流变性质的研究、嗅敏分子结构变化对嗅觉响应的影响及嗅敏膜材料的合成与制备研究），国家高技术项目（0-3型精细复合功能材料的研制）及国家*博士点基金项目的研究。根据这些研究工作，发表有关吸附现象、润湿作用、固体表面改性、微粉制备、胶体稳定性、胶束催化及微乳催化等方面论文百余篇。获国家*科技进步奖二等奖和三等奖。20世纪70年代在保定胶片厂开门办学参加彩色胶片生产机理研究。

绪论1

节胶体与界面1

一、分散体系1

二、胶体2

三、界面3

四、胶体粒子的形状与大小4

第二节胶体与界面化学的基本内容8

一、什么是胶体与界面化学8

二、胶体与界面化学的基本内容8

第三节胶体与界面化学与其他学科的关系9

第四节胶体与界面化学的发展与展望10

参考文献14

习题14

章溶胶与纳米粒子的制备15

节溶胶的制备15

一、溶胶制备的一般原则和方法15

二、分散法制备溶胶16

三、凝聚法制备溶胶17

四、溶胶的纯化19

第二节单分散溶胶21

一、单分散胶体粒子制备原理21

二、金属(水合)氧化物单分散粒子的制备22

三、金属的非氧化物类化合物单分散粒子的制备24

四、乳液聚合法制备有机高分子聚合物单分散粒子25

五、包覆粒子与空心粒子的制备26

第三节胶体晶体28

一、胶体粒子的简单自组装28

二、模板法胶体粒子自组装29

三、二元胶体晶体组装31

四、胶体晶体的应用32

第四节纳米粒子36

一、纳米科技36

二、纳米粒子36

三、纳米粒子的制备37

四、纳米粒子的性质与应用48

五、纳米液滴与纳米气泡52

六、纳米污染53

参考文献53

习题55

第二章胶体的基本性质56

节胶体的运动性质56

一、布朗运动与扩散作用56

二、重力场中的沉降作用58

三、离心力场中的沉降作用59

四、渗透压与Donnan平衡61

五、海水淡化65

第二节胶体的光学性质66

一、丁铎尔效应与光散射66

二、静态光散射的测量68

三、动态光散射及其测量68

四、光散射的应用68

第三节胶体的电学性质70

一、带电的胶体粒子70

二、电动现象71

三、扩散双电层72

四、电泳及其应用74

五、电动现象的其他应用78

第四节胶体的流变性质80

一、流变性质的基本概念与规律80

二、浓分散体系的流型81

三、稀分散体系的黏度83

四、黏度的测量86

第五节胶体稳定性89

一、疏液胶体的稳定性89

二、临界聚沉浓度与Schulze-Hardy规则89

三、DLVO理论90

四、聚合物对疏液胶体的稳定与絮凝作用91

五、分散剂与絮凝剂92

六、胶体稳定性的研究方法93

参考文献94

习题95

第三章表面张力与润湿作用97

节液体的表面张力97

一、几个小实验97

二、液体的表面张力97

三、决定和影响液体表面张力的主要因素98

第二节弯曲液面内外压力差与曲率半径的关系——Laplace公式99

一、Laplace公式的简单导出99

二、Laplace公式的应用举例100

第三节润湿作用与接触角102

一、润湿作用102

二、接触角与Young方程102

三、决定和影响接触角大小的一些因素103

四、常用的接触角测量方法104

第四节浮选与接触角105

第五节液液界面张力107

一、Antonoff规则107

二、Good-Girifalco公式107

三、Fowkes的理论108

第六节液体表(界)面张力的测定108

一、毛细升高法108

二、吊片法和脱环法109

三、气泡压力法110

四、滴体积法(滴重法)110

五、滴外形法111

六、旋滴法测定液液界面张力113

七、振荡射流法测定液体的动态表面张力114

第七节固体表面能及其测定115

一、固体的表面能115

二、低能表面与高能表面115

三、固体表面能的实验估测116

第八节弯曲液面的蒸气压——Kelvin公式与毛细凝结117

一、弯曲液面蒸气压与曲率半径的关系——Kelvin公式117

二、毛细凝结118

参考文献120

习题121

第四章表面活性剂溶液122

节表面活性剂分子结构及其分类122

一、表面活性剂分子结构特点及其分类122

二、表面活性剂溶液的性质125

第二节胶束和临界胶束浓度125

一、胶束的形成125

二、Krafft点与浊点128

三、临界胶束浓度的实验测定129

第三节表面活性剂在液体表面的吸附130

一、表面超额130

二、Gibbs吸附公式131

三、表面活性剂在溶液表面的吸附量133

第四节增溶作用135

一、增溶作用135

二、增溶作用的一些应用136

第五节表面活性剂在固液界面的吸附139

一、吸附等温线与吸附等温式139

二、表面活性剂在固液界面的吸附机制141

三、影响表面活性剂在固液界面吸附的一些因素143

第六节洗涤作用与洗涤剂144

一、洗涤作用144

二、污垢的类型144

三、固体污垢的去除145

四、液态油污的去除146

五、洗涤剂147

六、干洗148

第七节胶束催化与吸附胶束催化148

一、胶束催化148

二、吸附胶束催化152

三、胶束催化与吸附胶束催化比较153

参考文献154

习题155

第五章乳状液及微乳状液157

节乳化作用及乳状液的类型157

第二节决定和影响乳状液类型的因素157

一、能量因素说157

二、几何因素说157

三、液滴聚结动力学因素说158

四、相体积说158

第三节乳状液的稳定性158

一、乳状液的不稳定性159

二、乳状液的稳定159

第四节乳化剂的选择161

一、乳化剂分类161

二、选择乳化剂的一般原则161

三、乳化剂选择方法161

四、常用乳化剂165

第五节乳状液的一些应用166

一、化妆品乳状液167

二、食品乳状液168

三、药用乳状液169

四、沥青乳状液169

第六节多重乳状液与液膜分离169

一、多重乳状液169

二、液膜分离171

第七节微乳状液174

一、微乳状液的形成175

二、微乳液形成和稳定性理论176

三、微乳液的相性质178

四、微乳液的一般应用178

五、微乳催化的基本依据179

六、微乳液在三次采油中的应用181

参考文献182

习题183

第六章界面膜185

节膜的定义185

第二节气液和固液界面膜185

一、液体表面的不溶物单层膜185

二、LB膜199

三、自组装膜203

第三节生物界面膜及生物膜模拟205

一、生物膜及其基本组成205

二、磷脂的单层膜207

三、人工双层脂质膜(BLM)、脂质体与囊泡209

四、双层脂质膜与生物膜模拟213

五、肺表面活性剂的界面膜215

参考文献217

习题218

第七章固气界面上的吸附作用220

节吸附作用220

一、吸附、吸收与吸着220

二、物理吸附与化学吸附220

三、吸附剂221

四、吸附剂与吸附质间的作用力221

第二节吸附量、吸附曲线与吸附热222

一、吸附量的测定222

二、吸附曲线223

三、吸附等温线223

四、吸附热225

第三节物理吸附的几种理论模型225

一、Gibbs吸附公式与Henry定律225

二、Langmuir单分子层吸附模型及吸附等温式226

三、BET多分子层吸附模型及吸附等温式229

四、Polanyi吸附势能理论和D-R公式233

五、孔性固体的毛细凝结235

第四节物理吸附法测定固体比表面、孔径分布及表面分维值237

一、固体比表面的测定237

二、孔径和孔径分布的测定243

三、气体吸附法测定固体表面分维值244

第五节气体分离的吸附方法245

一、沸石分子筛的选择性气体分离245

二、硅胶的选择性吸附246

三、变温吸附246

四、变压吸附247

第六节化学吸附与多相催化249

一、气固表面催化反应249

二、液固界面的催化反应254

参考文献255

习题256

第八章固液界面的吸附作用258

节液相吸附的特点及研究方法258

一、液相吸附的特点258

二、液相吸附研究方法259

第二节自稀溶液中吸附的一般规律260

一、自稀溶液中吸附的等温线260

二、影响稀溶液吸附的一些因素261

三、自稀溶液中吸附等温式265

四、自电解质溶液中的吸附270

五、自高分子溶液中的吸附271

第三节二组分溶液的吸附274

一、复合吸附等温线274

二、单个吸附等温线276

第四节自混合溶剂中的吸附276

第五节混合溶质的吸附277

第六节水处理与吸附作用278

一、水和水质278

二、水的污染279

三、水的纯化与软化280

四、污水处理的一般方法280

五、絮凝法用于水处理280

六、液相吸附法用于水处理284

第七节染料的吸附288

一、染料288

二、染色288

三、染料在纤维上的吸附与纤维在染色中的电动性质290

四、染料吸附法测定固体比表面291

参考文献291

习题292

第九章吸附剂294

节吸附剂的一般物理参数294

一、比表面(积)294

二、孔结构294

三、密度295

第二节活性炭295

一、活性炭的制造296

二、活性炭的组成与物理性质296

三、活性炭的结构297

四、活性炭的表面性质298

五、活性炭的吸附性质299

六、其他碳质吸附剂300

七、活性炭的应用301

第三节硅胶303

一、硅胶的制备303

二、硅胶的结构与物化性质304

三、硅胶的表面结构305

四、硅胶的吸附性质306

五、硅胶的用途308

六、其他SiO2类吸附剂308

第四节沸石分子筛309

一、沸石分子筛的化学组成与结构309

二、沸石分子筛的分类与命名310

三、沸石分子筛的吸附性质311

四、新型分子筛315

第五节活性氧化铝316

一、活性氧化铝的表面性质316

二、活性氧化铝的吸附性质317

第六节黏土318

一、蒙脱土和海泡石的结构318

二、蒙脱土的吸附性质318

第七节吸附树脂320

一、吸附树脂的吸附性质320

二、吸附质结构对吸附的影响321

参考文献321

习题322

第十章泡沫、凝胶、气凝胶和气溶胶323

节泡沫323

一、泡沫的结构324

二、泡沫液体的流失与泡沫液膜的破裂325

三、泡沫稳定性的度量325

四、影响泡沫稳定性的因素326

五、起泡剂和泡沫稳定剂329

六、消泡和消泡剂329

第二节凝胶330

一、凝胶的定义330

二、凝胶的制备与结构330

三、凝胶的性质331

四、凝胶的一些应用335

第三节气凝胶338

一、气凝胶的制备338

二、气凝胶的结构与性质340

三、气凝胶的应用及前景341

四、其他超轻材料343

第四节气溶胶343

一、气溶胶的定义及分类343

二、大气气溶胶的一些常用术语344

三、气溶胶的物理性质344

四、气溶胶的化学性质348

五、气溶胶的应用349

六、大气污染与防治350

参考文献356

习题356

全书习题参考书目357

 

前言《应用胶体与界面化学》自2008年问世，至今已过九年。我们所处的时代是科学技术“井喷”的时代，不时会有新的发现、发明和科技新成果问世。同时又不断提出许多新的课题期待科技工作者解决。因此，科技图书的内容需不断更新，以反映出当前的科技成果和课题，并回答一些读者感兴趣的问题。基于此，只要有需要，书的修订势在必行。对本书修订说明如下：1.本书中胶体与表面化学的基础知识内容基本未动，适当删节少量图表和文字，修改了少量错误。基本保持版大部分章节框架，只对第六章、第十章做了大的调整。保持版注重实验、例题和对实验现象的分析、讨论等特点。2.近几年环境污染问题的突显和人们环保意识的提高，本版补充了气溶胶内容的介绍，重点在大气气溶胶和大气污染的防治。在第九章中补充了吸附在水处理中的应用。3.超轻材料的研究我国处于先进行列。故在第十章中增加气凝胶和超轻材料的介绍。4.第六章做了内容调整。突出生物界面膜。其他章节增加或补充了一些知识点，如胶体晶体、纳米污染、化学吸附与多相催化等。5.应读者要求编选了习题。所选习题部分是根据作者的教学、科研实验数据演化而成，其余选自多种参考书。部分习题给出参考答案。本书修订特邀温州大学化学与材料科学学院院长王舜教授参加。王教授修订了章和第七章第六节。其余由赵振国修订。本书修订得到刘雅仙女士和王舜教授团队张青程、刘爱丽老师的帮助。化学工业出版社领导和编辑对本书的出版给予热心的指导和帮助，在此一并致以衷心的感谢。本书若对读者有所裨益，应归功于本书所列参考文献的众多作者。编写者向他们表示深深的谢意。书中若有谬误，皆为编写者水平不足，欢迎读者不吝指正。编著者2017年3月版前言胶体与界面化学是研究胶体分散体系物理化学性质及界面现象的科学。虽然原属物理化学的一个分支，但其与生产和生活实际联系之紧密和应用之广泛是化学学科中任一分支不能比拟的。我在20世纪80～90年代在北京大学化学系曾主持胶体与界面化学实验课和讲授界面化学及吸附理论等课程，并进行了其中一些领域的研究工作，不断学习和积累了一些资料和研究成果。感到有些内容应该可丰富到胶体与界面化学的教学活动中，以有利于有关专业和研究方向的学生、科研和工程技术人员深化和扩大知识面并提高解决实际问题的能力。本书取名《应用胶体与界面化学》，本意只在于说明本书理论部分介绍的少一些，特别是略去多数公式的推导，只说明成立(假设)条件和应用；介绍一些较有代表性的应用性内容。我对“应用”的理解是，至少应包括：生产与生活实际中的应用；科学实验中研究方法和测试手段的应用；数据处理和实验现象等综合结果的分析等方面。本书共分十章。、二、五、十章介绍胶体分散体系(包括溶胶、乳状液、泡沫、凝胶)的制备及基本性质。重点介绍溶胶、单分散溶胶、纳米粒子的制备，乳状液、微乳液，凝胶的应用原理及实例。第三、四章介绍液体表面张力基本概念、测量方法和表面活性剂溶液性质及增溶、洗涤作用。第六章介绍不溶物膜、BLM、LB膜、脂质体等。第七、八章介绍固气、固液界面上的吸附作用及在气体分离、水处理中的应用。第九章介绍几种常见吸附剂(活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等)的结构特点和吸附性质。在介绍相关体系的实际应用时，说明胶体与界面化学原理在这些应用中的作用和适度的相关知识，基本不涉及工艺流程。在各章中或多或少地以举例方式介绍了一些有代表性的实验方法、数据处理和实验结果的讨论，期望有助于对所介绍内容的深入了解。在我进行教学和科研工作中曾得到北京大学化学院胶体化学教研室的朱瑶、羌笛、马季铭、高月英、程虎民、齐利民等教授和刘迎清女士的帮助。在本书编写时得到江苏石油化工学院沈钟教授的关心和北京大学化学院吴瑾光教授的帮助，刘雅仙女士做了许多绘图和文字工作。在此一并致谢。对化学工业出版社领导和编辑给予我一贯的支持及为出版此书付出的辛勤劳动在此表示衷心感谢。本人水平有限，书中不当之处，欢迎读者不吝指教。赵振国北京大学燕北园戊子年春节