絮凝与反絮凝

絮凝

在化学领域中，絮凝是自发地或由于添加澄清剂而使胶体颗粒从悬浮液中以絮状或片状形式从沉淀出来的沉淀物的过程。该作用与沉淀的不同之处在于，在絮凝之前，胶体仅以稳定的分散体形式悬浮在液体中，并没有真正溶解在溶液中。

凝结和絮凝是水处理中的重要过程，其凝结作用是通过凝结剂和胶体之间的化学相互作用使颗粒失稳和聚集，并通过使其凝结成絮凝而絮凝沉淀未稳定的颗粒。

术语定义

根据IUPAC的定义，絮凝是“接触和粘附的过程，由此分散体的颗粒形成较大尺寸的团簇”。

基本上，絮凝是添加絮凝剂以使稳定的带电粒子不稳定的过程。同时，絮凝是一种促进团聚并有助于颗粒沉降的混合技术。常用的凝结剂是明矾Al2（SO4）3•14 H2O。

涉及的化学反应：

Al₂(SO₄)₃ • 14 H₂O → 2 Al(OH)₃(s) + 6 H⁺ + 3 SO₄2- + 8 H₂O

在絮凝过程中，温和的混合会加速颗粒碰撞的速度，并且不稳定的颗粒会进一步聚集并陷入更大的沉淀物中。絮凝受到几个参数的影响，包括混合速度，混合强度和混合时间。混合强度和混合时间的乘积用于描述絮凝过程。

应用领域

表面化学

在胶体化学中，絮凝是指使细颗粒聚集成块的过程。然后，絮凝物可能漂浮到液体的顶部（乳白色），沉降到液体的底部（沉淀）或易于从液体中过滤出来。土壤胶体的絮凝行为与淡水水质密切相关。土壤胶体的高分散性不仅直接导致周围水的浑浊，而且由于营养物质在河流，湖泊甚至海底船体中的吸附而引起富营养化。

物理化学

对于乳液，絮凝描述了单个分散液滴的聚集在一起，由此单个液滴不会失去其特性。因此，絮凝是导致乳液进一步老化的初始步骤（液滴聚结和相的最终分离）。絮凝剂用于矿物选矿中，但也可以用于食品和药品的物理性能设计中。

土木工程/地球科学

在土木工程和地球科学中，絮凝是粘土，聚合物或其他带电小颗粒附着并形成易碎结构即絮凝的条件。在分散的粘土浆中，机械搅拌停止后发生絮凝，分散的粘土薄片由于表面负电荷和边缘正电荷的相互吸引自发形成絮凝体。

生物学

絮凝与微滤一起用于生物技术应用中，以提高生物饲料的效率。向生物反应器中添加合成絮凝剂可增加平均粒径，从而使微滤更有效。当不添加絮凝剂时，滤饼形成并积累，导致细胞活力低下。带正电的絮凝剂比带负电的絮凝剂效果更好，因为细胞通常带负电。

奶酪行业

絮凝被广泛用于测量奶酪制作初期凝乳形成的进程，以确定凝乳必须凝固多长时间。通过Smoluchowski动力学来模拟涉及凝乳酶胶束的反应。在牛奶凝乳的过程中，胶束彼此靠近并发生絮凝，这一过程涉及分子和大肽的水解。

在干酪废水处理中也使用了絮凝。主要使用三种不同的混凝剂：

FeSO₄（硫酸铁（II））

Al₂(SO₄)₃（硫酸铝）

FeCl₃（氯化铁（III））

酿造

在酿造工业中絮凝具有不同的含义。这是啤酒生产过程中发酵的一个非常重要的过程，在发酵过程中，细胞会形成宏观絮凝物。这些絮状物导致酵母在发酵结束时沉淀或升至发酵顶部。随后，可以从发酵罐的顶部（啤酒发酵）或底部（发酵罐发酵）收集（裁剪）酵母，以便将其用于下一个发酵。

酵母絮凝主要由钙浓度决定，通常在50-100ppm范围内。可以添加钙盐以引起絮凝，或者可以通过添加钙以形成不可溶的磷酸钙，添加过量的硫酸盐以形成不溶性硫酸钙或添加EDTA来螯合钙离子来去除钙，从而逆转该过程。尽管它看起来与胶态分散体中的沉淀相似，但机理不同。

水处理工艺

絮凝和沉淀被广泛用于饮用水的净化以及污水处理，雨水处理和工业废水的处理。典型的处理过程包括炉排，凝结，絮凝，沉淀，颗粒过滤和消毒。

反絮凝

反絮凝与絮凝完全相反，有时也称为胶凝。硅酸钠（Na2SiO3）就是一个典型的例子。通常在较高的pH值范围内，除了溶液离子强度低和一价金属阳离子占主导地位外，胶体颗粒可以分散。防止胶体形成絮状物的添加剂被称为反絮凝剂。对于通过静电屏障进行的反絮凝，反絮凝剂的效果可以用zeta电位来衡量。根据《聚合物百科全书词典》，反絮凝是“固体在液体中分散的一种状态或状态，其中每个固体颗粒保持独立，与相邻的颗粒不相连（很像乳化剂）。非絮凝悬浮液的屈服值为零或很低”。

在污水处理厂中，反絮凝可能是一个问题，因为它通常会导致污泥沉降问题和出水水质恶化。