胶束双电层的结构决定了胶束表面的反离子浓度大于胶束表面的反离子浓度,胶束表面到外部的距离越大,反离子浓度越低,对比等于溶液中离子的浓度。当向溶液中加入电解质以增加溶液中的离子浓度时,分散层的厚度减小。
当两个胶粒相互靠近时,由于弥散层厚度减小,电位降低,它们之间的相互排斥力减小,即溶液中离子浓度高的胶粒之间的排斥力小于离子浓度低的胶粒。胶体颗粒之间的吸引力不受水相组成的影响,但由于分散变稀,它们碰撞时的间隔减小,所以它们之间的吸引力大。可以看出,斥力和混乱的合作由斥力变为吸力(斥力势能消散),胶粒可以快速聚集。这种机制可以更好地解释港湾的淤积现象。淡水进入海水,含盐量增加,离子浓度增加,淡水携带的胶粒稳定性降低,所以粘土等胶粒容易在港湾沉淀。
根据这一机理,当溶液中加入的电解质大量超过临界凝集浓度时,就不会再有多余的抗衡离子进入分散层,胶粒也不可能一开始就改变符号,使其稳定。这种机理是用纯静电现象来说明电解质对胶体颗粒失稳的作用,但并没有研究失稳过程中的其他本质作用(如吸附),因此无法解释其他复杂的失稳现象,如三价铝盐和铁盐作为混凝剂用量过多,凝集效果反而下降,甚至从一开始就趋于稳定;又如与胶粒电性相同的聚合物或大分子有机物,可能具有良好的凝集效果:等电形式相对于其他形式应具有良好的凝集效果,但在制作实践中电位大于零时,其凝集效果往往小于其他形式。
在水溶液中加入混凝剂使胶粒不稳定的现象,本质上触及了胶粒与混凝剂、胶粒与水溶液、混凝剂与水溶液之间的相互作用,是一种综合现象。
吸附中和
吸附中和是指不同数目的离子、不同数目的胶体颗粒或带有不同数目电荷的链在颗粒表面的强烈吸附。因为这种吸附中和了它的一部分电荷,减少了静电斥力,所以很容易靠近其他颗粒,相互吸附。这时候静电引力往往是这些作用的关键方面,但很多时候其他作用超过了静电引力。
聚丙烯酰胺
例如,用Na和十二烷基铵离子(C12H25NH)去除带负电的碘化银溶液的浊度时,发现同价有机胺离子比Na不稳定得多,大量的Na不会使胶粒不稳定,而有机胺离子则不会,超过一定用量就会使胶粒不稳定。脚注胶粒吸收过多的抗衡离子,会把原来的负电荷变成正电荷。当铝盐和铁盐的用量较高时,也会出现重新稳定和电荷符号改变的现象。用吸附中和机理来解释上述现象是恰当的。吸附桥接
吸附架桥的机理主要是指聚合物和胶体颗粒的吸附和架桥。也可以理解为两个相同数目的大胶粒连在一起,是因为中间有一个不同数目的胶粒。高分子絮凝剂具有线性结构,它们具有可以作用于胶体颗粒表面某些部分的化学基团。当聚合物与胶体粒子接触时,这些基团可以唯一地与胶体粒子表面反应并相互吸附,而其余的聚合物分子在溶液中伸展,因此它们也可以与另一表面有间隙的胶体粒子吸附,因此聚合物起到了桥接作用。如果胶粒很少,聚合物延伸的部分无法附着两个胶粒,那么迟早延伸的部分会被其他部分上的前一个胶粒吸附,这样聚合物就无法起到架桥作用,胶粒处于稳定状态。当高分子絮凝剂用量过大时,胶粒表面会再次饱和并趋于稳定。如果仍因桥联而絮凝的胶粒受到强烈的长时间光照的搅拌,桥联聚合物可能会从另一个胶粒的表面分离出来,滚回原来胶粒的表面,形成更稳定的形态。
聚合物在胶体颗粒表面的吸附受到各种物理和化学作用的影响,如范德华引力、静电引力、氢键、配位键等。这取决于聚合物和胶体颗粒的化学结构特征。这一机理可以解释电数相同的非离子型或离子型高分子絮凝剂能获得良好絮凝效果的现象。
沉积物网捕机制
当使用金属盐(如硫酸铝或氯化铁)或金属氧化物和氢氧化物(如石灰)作为絮凝剂,且用量大到足以快速沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金属碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶体颗粒在形成时就能被这些沉淀物捕获。当沉积物带正电时(Al(OH)3和Fe(OH)3在中性和酸性pH范围内),溶液中阴离子如硫酸银离子的存在可加速沉积速率。水中剩余的胶粒可以作为这些金属氧化物沉淀的核心,所以混凝剂的最佳投加量与被去除物质的浓度成反比,即胶粒越多,金属混凝剂的投加量越少。