聚丙烯酰胺膠粒間距及其相互作用能

膠體粒子間存在兩個(gè)反方向的力，即吸引力（范德華力）和排斥力（靜電斥力），兩種力都是膠粒間距的函數(shù)，共同作用結(jié)果表現(xiàn)為相互作用能是膠粒間距的函數(shù)：

V_T=1/2rDu²ln[1+exp（-KH）]-Ar/12H

V_T：膠體粒子間的相互作用能（erg）；

r：顆粒半徑（cm）；

D：水的介電常數(shù)；

u：吸附層和擴(kuò)散層界面上的電位；

H：顆粒間的較短距離；

A：范德華常數(shù)。

膠粒間的相互作用能與膠粒間距的關(guān)系如圖5.1：

從圖中可以看出：

（1）當(dāng)膠粒間距處于a、c點(diǎn)時(shí)，引力等于斥力，合力為零，膠體處于穩(wěn)定狀態(tài)；

（2）當(dāng)膠粒間距小于a時(shí)，合力表現(xiàn)為引力，易聚集，相互作用能出現(xiàn)一次較小值，能形成絮體；

（3）當(dāng)膠粒間距處于a、c之間時(shí)，相互作用以排斥能為主，膠體處于穩(wěn)定狀態(tài)，不能形成絮體；

（4）當(dāng)膠粒間距處于c、d之間時(shí)，合力表現(xiàn)為引力，相互作用能表現(xiàn)出二次較小值，能出現(xiàn)聚集，但形成的絮體疏松，易受外界干擾破壞；

（5）曲線在b點(diǎn)出現(xiàn)較大值Vm，稱為位能峰，是顆粒凝集和絮凝的較大能量障礙，只有減小排斥能，降低位能峰值，才能縮小顆粒間距，增加吸引能，形成絮體。

聚丙烯酰胺的作用機(jī)理，一般認(rèn)為是“吸附-電中和-橋連”機(jī)理。由于高分子鏈很長(zhǎng)，攜帶的官能團(tuán)多，可以同時(shí)吸附多個(gè)顆粒，把它們連接起來，形成大團(tuán)顆粒而絮凝。絮凝劑與顆粒之間的相互作用力為靜電力、氫鍵、共價(jià)鍵同時(shí)作用，哪種起主要作用，應(yīng)由聚丙烯酰胺性質(zhì)、懸浮顆粒性質(zhì)、水溶液的性質(zhì)決定。因?yàn)楹臀鬯哪z粒通常帶負(fù)電荷，所以陽離子型聚丙烯酰胺對(duì)膠粒同時(shí)起到電中和、降低ζ電位和吸附架橋的作用，而陰離子、非離子型聚丙烯酰胺以吸附架橋?yàn)橹鳎瑑尚噪x子型聚丙烯酰胺的陽離子基團(tuán)可以捕捉帶負(fù)電荷的懸浮物，陰離子基團(tuán)可促進(jìn)懸浮物的沉降，具體過程需進(jìn)一步研究。