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商品簡介
名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
本書介紹了天然水和水處理中所涉及的膠體與界面化學的基本原理和方法。第1至7章為膠體化學部分，包括膠體化學的發展簡史與基本概念、擴散與布朗運動、沉降、滲透壓、光學性質、流變性質、電學性質等，第8至10章為界面化學部分，包括液體的表面、溶液的表面、固體的表面等，第11章介紹粗分散體系，包括乳狀液、泡沫、凝膠等。在選擇安排內容時所遵循的原則是既保證理論的系統性及循序漸進的原則，也充分討論與水環境、水處理的相關性。
本書的特點是簡明扼要，推理嚴謹細致，緊密聯系水處理理論與技術，並附有必要的例題解析，其中大多需要進行數學運算，少量為思考題，有助於加深對基本概念的理解，易學易懂，便於自學。本書可作為給水排水工程、環境工程、環境科學等專業的研究生教學用書，適合於短學時授課，也可供水處理科技工作者參考或進一步學習之用。
本書的特點是簡明扼要，推理嚴謹細致，緊密聯系水處理理論與技術，並附有必要的例題解析，其中大多需要進行數學運算，少量為思考題，有助於加深對基本概念的理解，易學易懂，便於自學。本書可作為給水排水工程、環境工程、環境科學等專業的研究生教學用書，適合於短學時授課，也可供水處理科技工作者參考或進一步學習之用。
名人/編輯推薦
目前國內外已出版的一些膠體與界面化學教科書的內容十分龐大且復雜，數學推導深奧，涉及面廣，適合於多學時授課及有關知識的查閱。本書的特點是簡明扼要，推理嚴謹細致，緊密聯系水處理理論與技術，並附有必要的例題解析，其中大多需要進行數學運算，少量為思考題，有助於加深對基本概念的理解，易學易懂，便於自學。
序
本書編著者長期從事水處理的基礎理論教學和科研攻關工作，在此過程中認識到膠體與界面化學是水處理科學與技術最為重要的理論基礎之一，它貫穿於幾乎所有水處理的原理與方法中，並集中體現在混凝、沉澱、吸附、過濾、氣浮、隔油、膜分離、污泥脫水、阻垢緩蝕及環境催化等許多分支領域，學好這門知識對加深理解水處理理論與技術具有重要的意義，並為進一步學習和掌握新的水處理知識奠定必要的基礎。編著者始終認為基礎知識對一個人是最為重要的，扎實的基礎知識會使人受益終生。在當今這樣一個知識高速發展的社會，終生學習是必需的，有了扎實的基礎，就可以進一步學會和掌握新的知識和技術，進入新的領域。編著者真誠希望青年學者高度重視基礎知識的學習，特別是重視學習像膠體與界面化學這樣一些精深的基礎課程。
本書是編著者為給水排水、環境工程、環境科學等專業的研究生講授膠體與界面化學的講義，經二十幾載的推敲、取舍和錘煉形成。由於研究生課時有限，編寫時采用的原則是盡可能簡明扼要，融會貫通。本書第一版出版後得到了廣大水處理工作者和研究生的衷心歡迎。本次修訂時為了便於水處理工作者參考和研究生進一步學習，根據近年來水處理學科的進展又補充了一些新的內容，使之更顯豐富和實用。對研究生的課程學習，如學時不夠時建議選學和逐步深入學習。由於絮凝和吸附是水處理的重要方法，而且往往是不可缺少的方法，相對於其他水處理方法所涉及的膠體與界面化學原理更多，其最重要的科學基礎就是膠體表面電化學和固水界面化學，本書對這兩部分內容賦予了較大的篇幅，做了較詳盡的介紹，因此對於從事絮凝和吸附研究的科技工作者，本書是最佳的選擇。由於編著者水平有限，不當之處和疏漏在所難免，希望各位讀者批評指正。如果本書能為培養祖國的水質工作者盡到微薄之力，編著者會感到萬分欣慰。
蘭州交通大學環境與市政工程學院的同仁們，在四十多年的教學和科研中給予了無私的幫助，特此致謝。
本書的出版得到了國家自然科學基金項目（No.21277065)的資助，謹此致以衷心的感謝。
常青
於蘭州交通大學
2019年8月10日
本書是編著者為給水排水、環境工程、環境科學等專業的研究生講授膠體與界面化學的講義，經二十幾載的推敲、取舍和錘煉形成。由於研究生課時有限，編寫時采用的原則是盡可能簡明扼要，融會貫通。本書第一版出版後得到了廣大水處理工作者和研究生的衷心歡迎。本次修訂時為了便於水處理工作者參考和研究生進一步學習，根據近年來水處理學科的進展又補充了一些新的內容，使之更顯豐富和實用。對研究生的課程學習，如學時不夠時建議選學和逐步深入學習。由於絮凝和吸附是水處理的重要方法，而且往往是不可缺少的方法，相對於其他水處理方法所涉及的膠體與界面化學原理更多，其最重要的科學基礎就是膠體表面電化學和固水界面化學，本書對這兩部分內容賦予了較大的篇幅，做了較詳盡的介紹，因此對於從事絮凝和吸附研究的科技工作者，本書是最佳的選擇。由於編著者水平有限，不當之處和疏漏在所難免，希望各位讀者批評指正。如果本書能為培養祖國的水質工作者盡到微薄之力，編著者會感到萬分欣慰。
蘭州交通大學環境與市政工程學院的同仁們，在四十多年的教學和科研中給予了無私的幫助，特此致謝。
本書的出版得到了國家自然科學基金項目（No.21277065)的資助，謹此致以衷心的感謝。
常青
於蘭州交通大學
2019年8月10日
目次
第1章膠體化學的發展簡史與基本概念/1
1.1膠體名稱的來源1
1.2膠體的分類2
1.3膠體分散體系的分散度及比表面積2
1.4膠體微粒的形狀3
1.5膠體微粒多分散性及平均大小4
1.6天然水中的膠體污染物7
第2章擴散與布朗運動/9
2.1擴散9
2.1.1Fick第一定律9
2.1.2Fick第二定律9
2.2布朗運動10
2.3擴散的應用12
2.3.1計算球形微粒的半徑和摩爾質量12
2.3.2計算非球形微粒的軸比值12
2.3.3估算微粒的最大溶劑化量13
2.4擴散理論在天然水與水處理中的作用14
第3章沉降/15
3.1重力場中的沉降15
3.1.1沉降速度15
3.1.2沉降分析法測定粒度分布16
3.1.3沉降平衡和高度分布定律17
3.2離心力場中的沉降19
3.2.1速度法19
3.2.2平衡法21
3.3沉降在水處理中的應用22
3.3.1重力沉降法22
3.3.2離心力沉降法22
3.3.3高濁度水的沉降特性及工藝23
第4章滲透壓/25
4.1理想溶液的滲透壓25
4.2高分子溶液的滲透壓26
4.3Donnan平衡與滲透壓27
4.4滲透壓的測量28
4.4.1滲透計28
4.4.2半透膜29
4.4.3測量方法30
4.5反滲透在水處理中的應用30
第5章光學性質/32
5.1膠體的光散射32
5.1.1Rayleigh比33
5.1.2光散射的測量33
5.2Rayleigh散射公式33
5.3散射光的偏振度與空間分布34
5.4大微粒的散射35
5.5高分子溶液的光散射36
5.5.1密度漲落理論36
5.5.2高聚物分子量的測定37
5.6溶膠的顏色37
5.7動態光散射38
5.7.1準彈性散射38
5.7.2散射光強的漲落39
5.8水的濁度39
第6章流變性質/42
6.1基本概念和基本理論42
6.1.1切應變與切變速度42
6.1.2牛頓公式43
6.2黏度的測量43
6.2.1毛細管法43
6.2.2同心轉筒法45
6.3稀膠體溶液的黏度46
6.3.1基本概念46
6.3.2球形微粒對膠體溶液黏度的影響46
6.3.3微粒形狀對膠體溶液黏度的影響47
6.3.4微粒溶劑化對膠體溶液黏度的影響47
6.3.5分子量對膠體溶液黏度的影響47
6.4濃分散體系的流變性質49
6.4.1牛頓體49
6.4.2塑性體49
6.4.3假塑體50
6.4.4脹流體50
6.4.5觸變流型51
6.5水處理污泥的流變性質52
第7章電學性質/53
7.1天然水中膠體表面電荷的來源53
7.1.1鋁硅酸鹽礦的同晶代換53
7.1.2水合氧化物礦的電離與吸附54
7.1.3表面專屬化學作用55
7.1.4腐殖質的電離與吸附56
7.1.5蛋白質的兩性特征57
7.2動電現象57
7.2.1電泳57
7.2.2電滲58
7.2.3流動電位58
7.2.4沉降電位59
7.3雙電層模型59
7.3.1Helmholtz平板電容器模型59
7.3.2Gouy-Chapman擴散雙電層模型60
7.3.3Stern模型63
7.4動電現象的理論解釋及實驗研究64
7.4.1電滲的理論及實驗64
7.4.2電泳的理論及實驗67
7.4.3流動電位的理論及實驗71
7.4.4沉降電位的理論及實驗72
7.5聚沉熱力學-膠體穩定性的DLVO理論73
7.5.1微粒間的van der Waals吸引能73
7.5.2雙電層的排斥作用能74
7.5.3微粒間的總相互作用能76
7.5.4臨界聚沉濃度77
7.6聚沉動力學79
7.6.1異向凝聚79
7.6.2同向凝聚81
7.6.3湍流絮凝動力學研究85
7.7高分子的穩定作用與絮凝作用86
7.7.1高分子的空間穩定作用86
7.7.2高分子的穩定作用在工業冷卻水中的應用87
7.7.3高分子的絮凝作用88
7.8疏水絮凝與疏水作用力89
7.8.1疏水絮凝和疏水作用力的發現90
7.8.2疏水作用力產生的機理92
7.8.3水處理中的疏水絮凝95
7.9天然水與水處理中的絮凝98
7.9.1天然水中的絮凝現象98
7.9.2水處理中的絮凝99
7.9.3水處理絮凝的工藝流程100
7.9.4水處理中常用絮凝劑101
7.9.5絮凝劑的毒性及對生態環境的影響104
第8章液體的表面/107
8.1表面張力和表面自由能107
8.1.1基本概念107
8.1.2表面張力和表面自由能產生的原理107
8.1.3常見液體的表面張力108
8.1.4表面張力與溫度、壓力的關係108
8.2液體的壓力與表面曲率的關係109
8.3液體的蒸氣壓與表面曲率的關係112
8.4液體表面張力的測定114
8.4.1毛細上升法114
8.4.2環法115
8.4.3氣泡最大壓力法115
8.5內聚功和黏附功116
8.6一種液體在另一種液體上的展開117
8.6.1展開系數117
8.6.2油對水體的污染及防治原理118
8.7液液界面張力的Fowkes理論119
8.8不溶物單分子膜121
8.8.1表面壓121
8.8.2單分子膜的各種狀態122
8.8.3表面膜的應用123
第9章溶液的表面/125
9.1表面活性125
9.2表面過剩和Gibbs公式126
9.2.1表面過剩126
9.2.2Gibbs公式127
9.2.3溶液的表面吸附128
9.3表面活性劑129
9.3.1表面活性劑的特點、化學結構及類型129
9.3.2膠團的形成130
9.3.3膠團對溶液性質的影響131
9.3.4表面活性劑溶解度和溫度的關係132
9.3.5影響表面活性劑性質的結構因素132
9.3.6表面活性劑的毒性及對水生態環境的影響132
第10章固體的表面/134
10.1基本原理134
10.2固體表面對氣體的吸附135
10.2.1物理吸附和化學吸附135
10.2.2吸附熱力學135
10.2.3吸附等溫線137
10.2.4Langmuir單分子層吸附理論137
10.2.5Temkin吸附等溫式141
10.2.6Freundlich吸附等溫式142
10.2.7BET多分子層吸附理論144
10.2.8Polanyi吸附勢能理論和D-R公式148
10.2.9毛細凝結和吸附滯後150
10.3固體自溶液中的吸附152
10.3.1吸附量152
10.3.2吸附熱力學152
10.3.3吸附等溫線152
10.3.4吸附動力學154
10.3.5準一級動力學方程155
10.3.6準二級動力學方程155
10.3.7顆粒內擴散動力學方程155
10.3.8Elovich動力學方程156
10.4動態吸附動力學157
10.4.1動態吸附Thomas模型157
10.4.2動態吸附BDST模型158
10.5液體對固體的潤濕159
10.5.1潤濕與接觸角159
10.5.2接觸角的測定160
10.5.3表面粗糙度對接觸角的影響161
10.5.4液體在固體表面上的展開162
10.5.5液體對固體的浸濕164
10.5.6潤濕與水處理165
10.6吸附劑性能參數的測定166
10.6.1比表面積的測定166
10.6.2孔體積的測定167
10.6.3平均孔半徑的測定168
10.6.4孔徑分布的測定168
10.7吸附劑表面分析170
10.7.1表面形貌分析171
10.7.2表面成分分析172
10.8天然水中的吸附現象和水處理中的吸附173
10.8.1天然水中常見的吸附現象173
10.8.2水處理吸附的工藝及設備173
10.8.3水處理常用吸附劑175
第11章乳狀液、泡沫、凝膠/177
11.1乳狀液177
11.1.1乳狀液的形成與類型177
11.1.2乳狀液類型的理論177
11.1.3乳狀液的穩定與破壞179
11.1.4HLB體系181
11.1.5乳狀液理論在廢水處理中的應用182
11.2泡沫183
11.2.1泡沫的結構和形成條件183
11.2.2泡沫的穩定性183
11.2.3消泡及消泡劑185
11.2.4泡沫在水處理中的應用186
11.3凝膠187
11.3.1基本概念187
11.3.2凝膠的結構188
11.3.3凝膠的膨脹作用188
11.3.4凝膠中的擴散189
11.3.5污泥的調理與脫水190
附錄/195
附錄1中華人民共和國法定計量單位195
附錄2部分法定計量單位與非法定計量單位的換算表196
附錄3常用物理常數表197
附錄4常見各種液體的表面張力197
附錄5水的物理化學常數198
附錄6某些表面活性劑的HLB值198
附錄7常用數學公式200
參考文獻/202
1.1膠體名稱的來源1
1.2膠體的分類2
1.3膠體分散體系的分散度及比表面積2
1.4膠體微粒的形狀3
1.5膠體微粒多分散性及平均大小4
1.6天然水中的膠體污染物7
第2章擴散與布朗運動/9
2.1擴散9
2.1.1Fick第一定律9
2.1.2Fick第二定律9
2.2布朗運動10
2.3擴散的應用12
2.3.1計算球形微粒的半徑和摩爾質量12
2.3.2計算非球形微粒的軸比值12
2.3.3估算微粒的最大溶劑化量13
2.4擴散理論在天然水與水處理中的作用14
第3章沉降/15
3.1重力場中的沉降15
3.1.1沉降速度15
3.1.2沉降分析法測定粒度分布16
3.1.3沉降平衡和高度分布定律17
3.2離心力場中的沉降19
3.2.1速度法19
3.2.2平衡法21
3.3沉降在水處理中的應用22
3.3.1重力沉降法22
3.3.2離心力沉降法22
3.3.3高濁度水的沉降特性及工藝23
第4章滲透壓/25
4.1理想溶液的滲透壓25
4.2高分子溶液的滲透壓26
4.3Donnan平衡與滲透壓27
4.4滲透壓的測量28
4.4.1滲透計28
4.4.2半透膜29
4.4.3測量方法30
4.5反滲透在水處理中的應用30
第5章光學性質/32
5.1膠體的光散射32
5.1.1Rayleigh比33
5.1.2光散射的測量33
5.2Rayleigh散射公式33
5.3散射光的偏振度與空間分布34
5.4大微粒的散射35
5.5高分子溶液的光散射36
5.5.1密度漲落理論36
5.5.2高聚物分子量的測定37
5.6溶膠的顏色37
5.7動態光散射38
5.7.1準彈性散射38
5.7.2散射光強的漲落39
5.8水的濁度39
第6章流變性質/42
6.1基本概念和基本理論42
6.1.1切應變與切變速度42
6.1.2牛頓公式43
6.2黏度的測量43
6.2.1毛細管法43
6.2.2同心轉筒法45
6.3稀膠體溶液的黏度46
6.3.1基本概念46
6.3.2球形微粒對膠體溶液黏度的影響46
6.3.3微粒形狀對膠體溶液黏度的影響47
6.3.4微粒溶劑化對膠體溶液黏度的影響47
6.3.5分子量對膠體溶液黏度的影響47
6.4濃分散體系的流變性質49
6.4.1牛頓體49
6.4.2塑性體49
6.4.3假塑體50
6.4.4脹流體50
6.4.5觸變流型51
6.5水處理污泥的流變性質52
第7章電學性質/53
7.1天然水中膠體表面電荷的來源53
7.1.1鋁硅酸鹽礦的同晶代換53
7.1.2水合氧化物礦的電離與吸附54
7.1.3表面專屬化學作用55
7.1.4腐殖質的電離與吸附56
7.1.5蛋白質的兩性特征57
7.2動電現象57
7.2.1電泳57
7.2.2電滲58
7.2.3流動電位58
7.2.4沉降電位59
7.3雙電層模型59
7.3.1Helmholtz平板電容器模型59
7.3.2Gouy-Chapman擴散雙電層模型60
7.3.3Stern模型63
7.4動電現象的理論解釋及實驗研究64
7.4.1電滲的理論及實驗64
7.4.2電泳的理論及實驗67
7.4.3流動電位的理論及實驗71
7.4.4沉降電位的理論及實驗72
7.5聚沉熱力學-膠體穩定性的DLVO理論73
7.5.1微粒間的van der Waals吸引能73
7.5.2雙電層的排斥作用能74
7.5.3微粒間的總相互作用能76
7.5.4臨界聚沉濃度77
7.6聚沉動力學79
7.6.1異向凝聚79
7.6.2同向凝聚81
7.6.3湍流絮凝動力學研究85
7.7高分子的穩定作用與絮凝作用86
7.7.1高分子的空間穩定作用86
7.7.2高分子的穩定作用在工業冷卻水中的應用87
7.7.3高分子的絮凝作用88
7.8疏水絮凝與疏水作用力89
7.8.1疏水絮凝和疏水作用力的發現90
7.8.2疏水作用力產生的機理92
7.8.3水處理中的疏水絮凝95
7.9天然水與水處理中的絮凝98
7.9.1天然水中的絮凝現象98
7.9.2水處理中的絮凝99
7.9.3水處理絮凝的工藝流程100
7.9.4水處理中常用絮凝劑101
7.9.5絮凝劑的毒性及對生態環境的影響104
第8章液體的表面/107
8.1表面張力和表面自由能107
8.1.1基本概念107
8.1.2表面張力和表面自由能產生的原理107
8.1.3常見液體的表面張力108
8.1.4表面張力與溫度、壓力的關係108
8.2液體的壓力與表面曲率的關係109
8.3液體的蒸氣壓與表面曲率的關係112
8.4液體表面張力的測定114
8.4.1毛細上升法114
8.4.2環法115
8.4.3氣泡最大壓力法115
8.5內聚功和黏附功116
8.6一種液體在另一種液體上的展開117
8.6.1展開系數117
8.6.2油對水體的污染及防治原理118
8.7液液界面張力的Fowkes理論119
8.8不溶物單分子膜121
8.8.1表面壓121
8.8.2單分子膜的各種狀態122
8.8.3表面膜的應用123
第9章溶液的表面/125
9.1表面活性125
9.2表面過剩和Gibbs公式126
9.2.1表面過剩126
9.2.2Gibbs公式127
9.2.3溶液的表面吸附128
9.3表面活性劑129
9.3.1表面活性劑的特點、化學結構及類型129
9.3.2膠團的形成130
9.3.3膠團對溶液性質的影響131
9.3.4表面活性劑溶解度和溫度的關係132
9.3.5影響表面活性劑性質的結構因素132
9.3.6表面活性劑的毒性及對水生態環境的影響132
第10章固體的表面/134
10.1基本原理134
10.2固體表面對氣體的吸附135
10.2.1物理吸附和化學吸附135
10.2.2吸附熱力學135
10.2.3吸附等溫線137
10.2.4Langmuir單分子層吸附理論137
10.2.5Temkin吸附等溫式141
10.2.6Freundlich吸附等溫式142
10.2.7BET多分子層吸附理論144
10.2.8Polanyi吸附勢能理論和D-R公式148
10.2.9毛細凝結和吸附滯後150
10.3固體自溶液中的吸附152
10.3.1吸附量152
10.3.2吸附熱力學152
10.3.3吸附等溫線152
10.3.4吸附動力學154
10.3.5準一級動力學方程155
10.3.6準二級動力學方程155
10.3.7顆粒內擴散動力學方程155
10.3.8Elovich動力學方程156
10.4動態吸附動力學157
10.4.1動態吸附Thomas模型157
10.4.2動態吸附BDST模型158
10.5液體對固體的潤濕159
10.5.1潤濕與接觸角159
10.5.2接觸角的測定160
10.5.3表面粗糙度對接觸角的影響161
10.5.4液體在固體表面上的展開162
10.5.5液體對固體的浸濕164
10.5.6潤濕與水處理165
10.6吸附劑性能參數的測定166
10.6.1比表面積的測定166
10.6.2孔體積的測定167
10.6.3平均孔半徑的測定168
10.6.4孔徑分布的測定168
10.7吸附劑表面分析170
10.7.1表面形貌分析171
10.7.2表面成分分析172
10.8天然水中的吸附現象和水處理中的吸附173
10.8.1天然水中常見的吸附現象173
10.8.2水處理吸附的工藝及設備173
10.8.3水處理常用吸附劑175
第11章乳狀液、泡沫、凝膠/177
11.1乳狀液177
11.1.1乳狀液的形成與類型177
11.1.2乳狀液類型的理論177
11.1.3乳狀液的穩定與破壞179
11.1.4HLB體系181
11.1.5乳狀液理論在廢水處理中的應用182
11.2泡沫183
11.2.1泡沫的結構和形成條件183
11.2.2泡沫的穩定性183
11.2.3消泡及消泡劑185
11.2.4泡沫在水處理中的應用186
11.3凝膠187
11.3.1基本概念187
11.3.2凝膠的結構188
11.3.3凝膠的膨脹作用188
11.3.4凝膠中的擴散189
11.3.5污泥的調理與脫水190
附錄/195
附錄1中華人民共和國法定計量單位195
附錄2部分法定計量單位與非法定計量單位的換算表196
附錄3常用物理常數表197
附錄4常見各種液體的表面張力197
附錄5水的物理化學常數198
附錄6某些表面活性劑的HLB值198
附錄7常用數學公式200
參考文獻/202
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