浮选配位化学模型、溶液化学计算和扩展的DLVO理论在浮选机理研究中的应用进展

当把实验室的理论研究成果应用于生产实践时,经常发现两者间存在明显的差异,使得浮选研究,尤其是纯矿物研究的实用性大大降低,造成理论研究与实际应用结果存在差异的原因在于浮选过程的复杂性,研究中不仅要关注药剂在矿物表面吸附的化学原理,还需要对浮选所处的化学环境(溶液条件、伴生矿物)进行综合的考虑分析。近年来,随着矿物浮选配位化学模型的提出和溶液化学理论的不断完善,给实现理论研究指导实际生产的目标提供了可能性。因此,收集总结了国内外关于矿物浮选配位化学模型、溶液化学计算和扩展的DLVO理论在矿物浮选机理研究中的应用实例,从理论内容、计算过程和应用实例等方面进行介绍并加以评论,以期对将来的浮选研究起到一定的参考作用。

基于DLVO理论的低矿化度水驱对岩石润湿性的影响

为明确润湿性改变机制的主控因素,基于胶体稳定性(DLVO)理论和扩散双电层理论,建立表征岩石-水膜-原油系统界面间相互作用的分离压力数学模型,从微观受力角度对水驱矿化度与离子价型等分离压力影响因素进行敏感性分析;结合Young-Laplace方程和相互作用势能理论,计算不同水驱矿化度与离子价型下的稳定水膜厚度和岩石润湿角。结果表明:水驱离子价型是影响岩石润湿性的主控因素,少量二价阳离子即可产生极负的分离压力,形成厚度为0.375 nm的较薄水膜,水相润湿角维持在约20°;采用一价阳离子水驱时,随着矿化度的降低,分离压力逐渐增大并产生较高的正峰值,形成厚度为5.334 nm的较厚水膜,岩石润湿性转变为完全水湿(水相润湿角为0°),原油最终脱离岩石表面;在油田注水开发过程中,采用一价阳离子的低矿化度水驱在提高采收率上具有更高的潜能。

黄铁矿微生物浸出体系中的表面热力学和扩展DLVO理论

根据Young s方程的推导公式结合接触角的测定结果计算黄铁矿和氧化亚铁硫杆菌的表面能参数。结果表明,氧化亚铁硫杆菌的表面能明显高于黄铁矿的表面能。应用热力学计算氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面吸附的自由能,发现其吸附自由能为正值,无法解释氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面的吸附现象,而通过扩展DLVO理论建立的Lifshitz-van der Waals(LW)、Lewis acid-base(AB)和静电(EL)作用自由能与作用距离(d)之间的势能曲线,能够准确的预言氧化亚铁硫杆菌在黄铁矿表面的吸附现象。

细粒浮选体系中扩展的DLVO理论及应用

讨论了细粒浮选体系中，颗粒间相互作用的水化力、疏水力、磁引力及空间斥力的基本概念及计算关系式。证明了经典的ＤＬＶＯ理论不能解释浮选体系中，细粒的凝聚与分散行为。应用扩展的ＤＬＶＯ理论，很好地说明了亲水体系及疏水体系中，颗粒间的凝聚与分散行为。亲水矿物表面间水化排斥能是亲水矿粒稳定分散的主要原因，疏水矿物表面间疏水吸引对疏水矿粒间的凝聚起主导作用。

改性纳米CaCO_3分散体系稳定性和扩展DLVO理论

通过对分散体系黏度、固含量及Zeta电位的测定,探讨了表面改性过程的超声预处理、反应温度、改性剂用量及体系pH值等因素对改性纳米CaCO3水相分散体系稳定性的影响。结果表明,对纳米CaCO3水相分散体系进行超声预处理15min,以铝锆有机金属络合物偶联剂为改性剂,其质量分数为2.5%,同时控制改性体系的pH值为9时,改性纳米CaCO3水相分散体系的黏度较小,固含量较大,分散稳定性较佳。利用扩展DLVO理论对分散体系的稳定机理进行探讨,认为改性纳米CaCO3水相分散稳定性的改善主要归因于偶联剂在纳米颗粒表面的吸附使得空间位阻效应变大,从而空间位阻势能增大。

表面力仪的改进及溶液中DLVO理论的验证

改进了现有表面力仪,使之具有更低的造价和更高的实验精度.利用改进后的表面力仪测量了0.1mol/L的NaCl溶液中两云母表面间的作用力-距离曲线;通过与计算得到的曲线对比验证了DLVO理论.结果表明:在0.1mol/L的NaCl溶液中,两云母表面间在距离较大时的作用力测量值与DLVO理论值相符合,但在距离较小时测量值出现附加的短程斥力,且此斥力呈现指数衰减规律.

基于DLVO理论的粘土颗粒分离能力与液固比模型及验证

根据DLVO理论建立有关土壤水膜和土壤液固比的土壤分离能力数学模型,得到土壤分离能力关于土壤液固比与颗粒粒径的计算公式,并对已有的薄层水流试验结果进行了相应的验证。研究表明,当土壤液固比上升时,土壤结合水膜厚度增加,二者呈线性相关;而土壤颗粒粒径越小,结合水膜的能力对液固比的响应越敏感,要达到相同水膜厚度,小粒径土壤颗粒所需液固更大;土壤分离能力(分离压)与液固比有关,通过薄层水流实验验证发现,土壤启动临界时的粘聚力c(分离压)和薄层水流临界剪切力τ0具有相等的状态,当τ0大于c时,土壤颗粒发生分离,土壤侵蚀开始启动。研究结果对土壤侵蚀的防治、土壤分离的防止、土壤结构的加固、土壤结构稳定及土壤生态服务功能的发挥都具有重要的理论和实践指导作用。

DLVO理论在煤泥水絮凝机理中的应用分析

在选煤过程中,煤泥水的处理是极其重要的环节,其澄清度直接影响浮选效果,而添加絮凝剂是提高煤泥水澄清度的重要手段。针对煤泥水特性,运用DLVO理论对絮凝剂絮凝机理进行分析,确定影响其絮凝效果的内在因素,在此基础上对絮凝剂进行优化,以改善浮选效果。

类DLVO理论与胆固醇单水结晶形成过程

就人体胆汁胆固醇单水结晶形成过程提出了类DLVO理论,应用该理论初步阐明了其结晶过程可能的化学物理机制,并分析了该理论在促、抗成核因子及溶石方面的意义。

基于多重光散射法及DLVO理论研究TiO_2纳米颗粒在有机溶剂中的分散稳定性

利用Turbiscan多重光散射法研究了不同浓度的TiO_2纳米颗粒在混合有机溶剂悬浮体系中的分散稳定性及其影响因素。考察了不同浓度TiO_2纳米颗粒在混合有机溶剂中的粒径变化情况。基于DLVO理论分析了TiO_2纳米颗粒分散稳定性的机理。研究结果表明:随着混合有机溶剂悬浮体系中TiO_2纳米颗粒浓度逐渐增大,悬浮体系稳定性趋于下降,TiO_2颗粒粒径逐渐增加且运动速率加快,其机制在于TiO_2粒子间的光子自由程逐渐降低,相互间的吸引作用力逐渐增大。

胶体溶液稳定存在的DLVO理论

胶体溶液是一个热力学不稳定的溶液系统。如果存在条件发生改变,就会对其的稳定性有显著的影响,甚至使其发生沉降和凝聚。本文介绍了DLVO理论,为胶体溶液能够稳定存在进行了解释和分析。

基于DLVO理论的煤泥水体系的临界硬度计算

水质硬度对煤泥水的沉降性能有重要的影响,为了调控煤泥水体系的水质硬度,确定合适的水质硬度调整剂用量,提出了矿物颗粒实现自发凝聚的最低水质硬度这一临界硬度的概念,并建立了基于DLVO理论的临界硬度的数学模型.结果表明:临界硬度与Hamaker常数的二次方成反比,与对称型电解质的作用离子价态的二次方成反比,与颗粒表面电位的四次方成正比.临界硬度值的确定为煤泥水水质硬度的调控处理技术奠定了应用基础.

微细粒锡石的凝聚与分散——理论与实践

本文较全面地论述了在有及无浮选剂存在条件下矿浆体系中矿粒之间可能存在的各种相互作用势能，给出了各种相互作用势能的计算公式。通过锡石表面Ｚｅｔａ电位和接触角的测定，计算了在不同油酸钠浓度下微细粒锡石表面极性相互作用能量常数、ＤＬＶＯ相互作用势能和扩展的ＤＬＶＯ相互作用势能，预测并解释了细粒锡石在矿浆中的凝聚与分散行为。根据理论计算结果和沉降试验结果的对比，指出了ＤＬＶＯ理论在解释有浮选剂存在条件下的矿粒凝聚与分散行为的不足，以及扩展的ＤＬＶＯ理论的正确性和较好的预测可信度。本研究可为锡石矿物的分选提供重要依据，也是对这两个理论在实际应用方面的重要拓展。

球磨纳米生物质炭在饱和多孔介质中的迁移与滞留机制

利用球磨纳米生物质炭模拟老化产生的纳米生物质炭,通过一维柱迁移试验研究了不同背景溶液离子强度(IS)、pH和流速对球磨纳米生物质炭在饱和多孔石英砂介质中迁移与滞留行为的影响,并运用对流弥散模型拟合穿透与滞留曲线得到沉积速率系数等运移参数,结合DLVO理论研究影响作用机制。结果表明:背景溶液IS降低,pH和流速升高,球磨纳米生物质炭的迁移率明显提高。这是由于在低IS和高pH条件下,球磨纳米生物质炭和石英砂的电负性增加,从而增强了两者之间的静电斥力,同时球磨纳米生物质炭之间具有更好的分散性,有助于球磨纳米生物质炭的迁移;在高流速条件下,球磨纳米生物质炭在石英砂柱中的滞留时间因为平流扩散而减短,同时水流剪切作用力增大不利于颗粒在石英砂上的吸附,有助于球磨纳米生物质炭的迁移。

抗生物黏附材料的构建及在食品领域的应用进展

食源性致病菌生物被膜在食品供应链中的广泛存在给食品微生物安全造成了巨大的负面影响,严重威胁着消费者的身体健康和生命安全。通过改变食品接触表面的理化性质,削弱与生物污染物之间的相互作用,减少生物黏附,可有效防控生物被膜的生成,保障食品微生物安全。本文归纳总结了国内外抗生物黏附材料的研究进展,首先利用DLVO理论量化生物污染物与材料表面之间的相互作用,在此基础上,将现有的抗生物黏附材料分为“疏水”和“亲水”两类,并总结了各类材料的典型构建方法及其抗生物黏附的内在机制,最后结合抗生物黏附材料在食品领域的应用现状,展望了未来的发展方向。本文旨在为新型抗生物黏附材料的开发提供理论指导,以期更好地保障食品微生物安全。

铝土矿反浮选体系分散与凝聚理论

在铝土矿反浮选脱硅过程中 ,矿浆悬浮液的分散和凝聚状态对微细粒一水硬铝石的回收和精矿铝硅比有显著影响。要使各种硅酸盐矿物混合物达到有效的选择性分离 ,首先必需使矿浆悬浮液处于最佳分散状态 ,避免各种矿物细粒间的相互混杂和矿泥罩盖。针对高硅铝土矿反浮选脱硅过程 ,根据经典DLVO理论 ,从颗粒间的相互作用分析了微细粒一水硬铝石在各种含硅脉石矿物表面的粘附情况。结果表明 :一水硬铝石与含硅脉石矿物颗粒间的范德华相互作用总是吸引 ;而它们间的静电相互作用在弱碱性条件下时为排斥 ,在弱酸性条件下时为吸引 ,一水硬铝石的夹带上浮较为严重 。

水化学条件对钒钛磁铁矿尾矿胶体稳定性的影响

尾矿胶体的稳定性对其携带污染物的迁移能力具有重要影响,但目前其稳定性尚未得到关注.为探究不同水化学条件对钒钛磁铁矿尾矿胶体稳定性的影响,采用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析尾矿样品和尾矿胶体的性质,并通过团聚动力学试验和DLVO理论计算考察了不同pH(6—9)、离子强度(1—150 mmol·L^(-1) NaCl)和天然有机质(0.1—100 mg·L^(-1)腐殖酸钠和0.01—10 mmol·L^(-1)乙酸)条件下尾矿胶体的稳定性.结果表明:(1)pH的升高增加了尾矿胶体表面的负电荷量,使得胶体颗粒间静电排斥力增大,增加了尾矿胶体在水溶液中的稳定性.(2)在设置的离子强度梯度下,离子强度越大,尾矿胶体越不稳定.这是由于尾矿胶体的双电层结构被压缩,导致胶体颗粒之间的静电斥力减弱从而失稳团聚.(3)尾矿胶体的水动力学直径(Dh)随着腐殖酸钠浓度的提高而显著减小.因腐殖酸钠的吸附导致的负电荷增加和空间位阻效应,使得尾矿胶体更加稳定.而尾矿胶体Dh随乙酸浓度提高显著增大.这是由于乙酸的zeta电位随乙酸浓度增加趋近于中性.高浓度乙酸与尾矿胶体吸附后,降低了尾矿胶体间的静电斥力,导致失稳团聚.

改性淀粉絮凝剂链结构形态对石材废水絮凝性能的影响

石材废水具有高浊度特征,混凝/絮凝工艺是降浊净水的有效手段.本研究以绿色环保且价格低廉的天然高分子材料淀粉为原材,分别通过醚化和接枝共聚技术,合成了两种电荷密度相近,但链结构形态与电荷分布不同的阳离子改性淀粉絮凝剂:3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性淀粉(St-CTA,直链型)和淀粉接枝共聚丙烯酰胺-聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(St-g-PAM-co-PDMC,接枝型).以泉州某石材加工厂废水为研究对象,详细考察并比较了两种阳离子改性淀粉絮凝剂对石材废水的絮凝性能,同时结合絮凝后上清液zeta电位、絮体结构的动态监测结果以及扩展DLVO理论等,探究其絮凝机理.研究结果表明,两种改性淀粉絮凝剂均表现出优于传统无机混凝剂聚合氯化铝的絮凝性能;除高效降低水体浊度,其对COD、氨氮、总磷及总氮均具有一定去除效果;改性淀粉絮凝剂絮凝过程主要是电中和与黏结架桥作用协同作用的结果.此外,St-g-PAM-co-PDMC由于具有丰富的接枝链结构,且阳离子基团随机分布在接枝链上,具有较高的阳离子基团利用效率及电中和混凝效果,表现出优于直链型St-CTA的除浊效果,具有较低的絮凝剂投加量、较大的絮体尺寸、较快的絮体生长速度、较高的絮体强度及更佳的破碎后絮体恢复性能.扩展DLVO理论结果也表明,St-g-PAM-co-PDMC的总相互作用低于St-CTA,有着更为高效的电中和混凝作用及降浊效果.两种电荷密度相近的改性淀粉絮凝剂絮凝性能的差异主要是由于其不同的链结构与电荷分布造成的,但其均具有优良的降浊净水效果及绿色环保等显著特征,其在石材废水等行业废水处理中应有着良好的应用前景.

乳胶漆稳定性理论及影响因素

综述了乳胶漆分散稳定性理论 ,包括电荷稳定理论和空间稳定理论 ;

Cd^(2+)浓度对好氧颗粒污泥EPS各组分形成的影响

为探究重金属Cd^(2+)对好氧颗粒污泥系统运行的影响,采用紫外分析法和三维荧光光谱分析法研究了SBR反应器中不同浓度的重金属Cd^(2+)对好氧颗粒污泥EPS总量以及各组分(LB-EPS、SB-EPS、TB-EPS)的产生与组成成分的影响。试验结果表明:低浓度Cd^(2+)(小于0.1mg/L)促进EPS的产生,高浓度Cd^(2+)(大于3mg/L)抑制EPS的产生;SB-EPS随着Cd^(2+)浓度的增加逐渐减少,其中蛋白质含量增加,多糖、腐殖酸明显减少;当Cd^(2+)浓度小于0.1mg/L时TB-EPS显著增加,其中主要增加的成分是蛋白质;当Cd^(2+)浓度大于3mg/L时,TB-EPS的分泌受到抑制,但蛋白质含量仍高于空白对照组,多糖、腐殖酸含量显著降低;LB-EPS受到的影响因素较多,其含量变化不规律。采用扩展DLVO理论剖析了EPS各组分含量的变化对好氧颗粒污泥沉降性能的影响,以期为好氧颗粒化技术在工业废水处理中的应用提供有力的支持。