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所以在讲溶胶-凝胶法的化学反应过程中

首先来看一下溶胶凝胶的性质

因为只有通过理解溶胶凝胶的性质

才能够理解溶胶凝胶和沉淀的区别

理解溶胶-凝胶法可以得到高分散高比表面积的

氧化物载体的方法

所以首先来看一下溶胶和凝胶的结构

首先来看一下溶胶的结构

溶胶凝胶它的组成粒子都是1到100纳米的颗粒

所以要知道由溶胶变成凝胶

甚至到后面的凝胶成了最终产物

它的颗粒尺寸是基本上不变的

这就保证了颗粒尺寸非常均匀而且比表面积非常大

这是非常重要的前提

所以后面在讲催化剂的活化过程中

我还有一章 就专门分出一章节来讲一下

如何保证溶胶凝胶最后干燥焙烧过程中

使得它的颗粒尺寸不要发生变化

还有等表面积焙烧 等孔容焙烧 等孔径焙烧等等很多

这就跟溶胶-凝胶法有关

根据溶胶-凝胶法

可不可以把它分为溶胶的体系最主要的三类

就是根据胶体的组成可以把它分为

胶体分散体系

本身是由多个分子聚集成的胶粒

它热力学是不稳定的

它又进一步成生成沉淀的趋势

另外一种就是高分子的溶液

如果高分子它做胶体是个单分子

它非常均匀而且它稳定性非常好

这是稳定的胶体

还有一种可以把它分为缔合的胶体

比如可以引入表面活性剂

通过表面活性剂或者络合剂

把有金属离子或是金属阴离子

把它做成胶束 这样也就可以生成凝胶

最关键的地方是要保证

胶体颗粒尺寸是在1到100纳米就可以了

还可以要生成这样过程

特别是胶体分散体系有个特点就是

它要再分散这样溶解度非常小

高分子溶胶 如果在水里面它溶解度非常小

有可能生成这种高分子的胶体体系

但是如果是把高分子放在有机溶剂里面 高分子本身溶解

这个时候可能生成的就不是胶体体系

所以从本质上讲要使得胶体存在 要存在作用就是

要有驱动力或是介质

能够防止分散的体系颗粒变大

再来看一下在催化剂制备过程中上面是用

溶胶凝胶的组成来分类

但是在氧化物催化剂制备过程中我可们可以看一下

这种高分子溶胶或是缔合物溶胶

在氧化物催化剂里面用得非常少 用的最多的是

胶体的分散体系来制备氧化物催化剂

这种胶体氧化物

胶体分散体系来制备催化剂还可以进行进一步的分类

所以溶胶有另外一种分类是根据

根据分散介质之间的亲和力

可以分为亲液溶胶和憎液溶胶

经常讲的亲水和疏水体系

比如亲液溶胶是指的

能够自动分散在介质里面形成稳定的胶体

高分子溶液可以在适当条件下发生胶凝

因为它亲和性非常强

生成凝胶后再加入溶剂

它具有 又生成溶胶的能力

是个可逆跟溶剂越亲密

那就俩者之间的可逆互动性就越强

相对的如果是憎液浓胶那可能就是 不可逆

如果分散相和分散介质之间

它的亲和能力是非常弱

只有带部分电荷

这个时候有可能就不能生成可逆的

这种憎液溶胶一般指的是

对于金属和硫化物的溶胶

金属本身它具有一定的吸附化学物的作用

还有硫化物本身

我们要给大家讲的是氧化物的溶胶和凝胶

大多数并不是指的亲液溶胶和憎液溶胶

指的是过度憎液容胶

经常讲的氧化硅 氧化铝 氧化铁

氧化钛等这些氧化物 氢氧化物

生成的胶体体系一般叫做是过度憎液溶胶

它分散相和分散介质之间的个亲和力是非常非常弱的

弱到它是通过非常典型的

双电层和溶剂化层才能稳定存在的

这种溶胶特点就是它是不可逆的

也就是说如果氧化硅把它变成凝胶

按理论上讲是不可能把它变回去的

不能变回溶胶胶

仅仅加入分散相是无法可逆的

要把氧化硅凝胶变成带电的溶胶

就要发生 再进行溶解 后续的反应的

所以来看一下或是重点来讨论一下

过度憎液溶胶

可以看一下过度憎液溶胶

非常重要特点因 为它们之间作用力非常弱

所以分散介质之间存在非常明显的界面

这界面是靠电荷进行稳定的

这种过滤憎液凝胶有个非常重要的特点就是

它有非常特殊的导电性 还有渗透压

还有光散射的效应

所以这种过渡憎液溶是氧化物胶体

在实验过程中可以通过光散射的实验

粒度激光仪就可以测量胶体的尺寸颗粒

来看一下过渡憎液凝胶或双电层体系的形成

这里面给大家介绍的是氧化铝的

氢氧化铝的溶胶铝与盐酸

生成氯化铝 氯化铝再水解能够生成氢氧化铝

氢氧化铝

如果体系里面铝的含量非常多会出现一个现象

铝会优先吸附原料的离子 同类的离子

氢氧化铝体系里面

铝阳离子比较多话会优先吸附铝阳离子

吸附铝阳离子以后作用力非常强

所以这个时候表面是带正电

为了使它稳定肯定要带负电

这负电分成两部分

一部分是紧密层 所谓的紧密层是

跟铝阳离子作用力非常强

想拉都拉不掉

同时有部分是非紧密层就是生成胶团

把它叫做分散层

这样就形成了两个的双电层结构

双电层结构在电场作用下

这个体系就是紧密层

是带正电荷 它会移动

带这个阳离子移动 这个阴离子也是跟着移动的

但是同时在电场作用下

这离子只是向方向运动

这个氯离子是向另外方向运动反离子

所以就存在这是正离子 这是它反离子

那么我们可以利用

如果胶粒体系

它这里面离子多 它溶剂化层越厚

越厚整个胶粒在体系里面它是带电层存在

如果越厚两个胶体之间要碰撞

要克服这个氯溶剂化层难度就越大

所以受它保护性就越强 所以稳定性就越强

所以双电层结构就有非常重要特点就是

如果紧密层里面的反离子越少

扩散层里面的分散层里面的反离子越多溶剂就越稳定

利用这双电层结构就保护胶粒与胶粒之间的作用

从长距离来看正电核会吸附负电核

但短距离来看负负之间或 电荷之间又存在强的排斥作用力

这样就实现了

热力学的不稳定性但动力学上又是稳定性的作用

这就是典型的铝溶胶的结构

表面带正电荷

所以说它表面紧密型 有很多氯离子

那它分散层的有很多的氯 这个氯

如果越厚阳离子跟它进行接触就越困难

这个越厚它的稳定性就越好

这是典型的双电层结构

可以来看一下这种过渡憎液体系

它要存在一定要表面带电荷

表面带电荷主要从哪来的

前面已经给大家讲到

第一种方法就是吸附

优先吸附同类的离子

比如前面讲的氢氧化铝优先吸附铝离子

这里举碘化银的浓胶

如果溶液体面碘化钾过量优先吸附碘离子

它带负电荷所以吸附阳离子

如果相对于过量 它优先吸附银离子带负电荷

所以可以看到一个非常重要特点

这种过度憎液溶液凝胶或过渡憎液溶胶的带电性取决于

溶液里面离子的种类

离子种类影响会影响到带电性

如果是在碘化钾里面过量

带负电荷吸附阳离子

如果在这里面再加入其它的

加入其它阴离子 或加入其它阳离子 会有样的影响

肯定会破坏稳定层的结构

所以可以看到碘化银可以带负电 可以带正电

这是很有意思的现象 就是取决于溶液里面

离子的种类

除了这种吸附还有另外的方法就是解离的方法

这个方法用的最多的是在氧化硅的溶胶里面

我们知道硅溶胶它表面就可以生成硅酸

硅酸通过解离以后会生成

一部分的负离子 负离子它本身解离生成氢质子

这样如果加入少量的氢氧化钠

它这个解离的作用就增强了

越增强它带电性就越强

带电性越强 稳定性就越好

所以可以通过表面的解离就使得它的

在进行胶溶 溶胶

之所以给大家举这个硅溶胶

大家可以去想在前面讲到

催化剂成型中应该选择溶胶或凝胶

那可以带着这问题去看这个问题就是

在催化剂制备过程中有的时候

会采用氧化硅作为粘结剂

粘结剂怎么实现它的粘结效果

会加入酸和碱

通过这里面介绍就可以看一下

实际上如果加入碱是有作用就是

使得它的表面有可能会生成胶溶

胶溶就生成类似胶体作用 那胶体 胶体之间如果再跟催化剂

发生强相互作用

这凝胶有可能实现

改善催化剂原粉和粘结剂之间的作用力

所以这是非常重要的依据

用氧化铝做粘结剂有时候会加入碱

或加入少量的酸作为催化剂或是胶溶剂

它的原理实际就在这里 就有利于生成胶体的结构

这是硅溶胶结构

它表面有很多的硅羟基

有利于生成带正电的集团

除了这还要注意一点就是

前面给大家说了很多这种双电层结构化

有个非常重要的特征就是

要么带阳离子要么带阴离子

这种带阳离子和带阴离子

既然讲了溶胶-凝胶法是

就是沉淀法和共沉淀法的为基础的

很显然就涉及到

跟pH值也有很大的关系

pH值可以看一下影响

在什么情况下要带正电核

比如酸性条件下一般带正电核

因为酸性条件下是质子过量的

反过来说如果是中性介质或碱性介质

一般带的是负电

比较典型的是铝可以在酸性介质下带正电核

也可以在中性或碱性介质下带负电核

氧化硅也是这样

这里同样还是以氢化硅氧化铝作对比让大家去思考

在粘结剂中有用

氧化铝作粘结剂 氢氧化铝作粘结剂

氧化硅作粘结剂

有时候要加入酸或碱作催化剂

加入酸或加入碱的选择依据是

实际上从这来看加入酸有什么样作用

比如说铝可以使得它表面带正电荷

如果是加入碱

加入偏中性的物质有可能带负电荷

会影响到后面的催化剂成型

大家也可以从这个方面进行课后去思考一下