本教材首先对界面化学和胶体的基本概念、性质做了必要的回顾，然后重点介绍界面与胶体化学的知识在实际中的应用，同时引进大量界面与胶体化学领域新的研究成果及其应用，特别是联系胶体化学在功能性纳米材料方面的开发研究中的应用，重点阐明应用胶体化学基本原理解决实际问题时的思路和方法。全书共9章，分别为界面现象、新型吸附剂的研究、催化剂的研究、乳状液的研究、固体表面改性及其应用、胶体化学概述、胶体的性质、凝胶、胶体化学研究进展。
        本教材坚持理论与实际应用相结合的特色，密切结合我国生产和科研工作的实际，对与材料腐蚀和保护、材料制备、环境科学、生命科学、医药、采油等学科中一些同界面与胶体化学密切相关的问题进行了介绍。
        本教材适用于高校应用化学、环境工程和化工工艺等专业，也可作为工科院校其他相关专业表面与胶体化学的教材或教学参考资料，亦可供有关科研人员参考。

 

        本书是为应用化学、化学工程、环境科学和环境工程等专业编写的教科书，脱胎于2000年编写的《界面与胶体化学》讲义，并经三次易稿。
        “界面与胶体化学”是一门古老而活跃的学科。它理论性强、应用性广，除去很多经典理论, 如表面张力、毛细现象、表面膜、吸附和润湿等界面现象及吸附、双电层稳定理论外, 由于相邻学科如生命科学、能源科学、材料科学、信息科学、分离科学及环境科学等的不断发展及与其的广泛联系，形成了许多边缘科学，这些新兴学科使界面与胶体化学处于一个在理论上十分兴旺、应用上极其广泛的时期。“界面与胶体化学”在现代文明三大支柱的信息、能源、材料科学的发展中起着关键作用，如信息学科中利用界面与胶体化学研究有序组合体，可借其开发出许多微型、高容量、高性能的分子电子器件，如光电、压电元件、各种传感器、微电容、磁记录材料等。一些科学上新兴的前沿课题使“界面与胶体化学”的某些课题成为新的重要分支领域，促进了它的迅速发展，其中纳米材料与有序组合体已成为胶体化学中发展最快而又最重要的两个分支领域。
        本书在编写过程中特别注意与物理化学课程的衔接，从微观和本质上系统地、由浅及深地探讨了界面与胶体化学的性质和宏观现象，使学生能够顺利接受相关新知识；介绍了“界面与胶体化学”领域的新成果及发展前沿，以期对从事相关学科工作的读者能有所借鉴和帮助。
        本书在编写过程中参阅了顾惕人著的《表面化学》、傅献彩主编的《物理化学》、沈钟等编著的《胶体与界面化学》以及附于书后的大量参考文献。本书在编写过程中得到大连交通大学教务处相关老师的热情帮助，在这里一并表示衷心感谢。
        鉴于编者水平有限和时间仓促，书中错误和欠缺在所难免，诚心祈望读者和专家不吝指正，编者将感激不尽。
编者
2012年3月

 

第1章界面现象 1
§1.1表面张力与表面能1
1.1.1表面分子的受力状态1
1.1.2表面张力1
1.1.3表面自由能2
§1.2液体表面张力的测定方法2
1.2.1毛细管上升法3
1.2.2环法3
1.2.3滴体积法和滴重法4
1.2.4最大气泡压力法5
§1.3表面热力学基础5
1.3.1表面热力学的基本公式5
1.3.2界面张力与温度的关系6
1.3.3界面张力与压力的关系7
1.3.4界面张力与浓度的关系7
§1.4弯曲界面的一些现象8
1.4.1弯曲表面上的附加压力——Young?Laplace公式8
1.4.2毛细管现象9
1.4.3弯曲表面上的蒸气压——Kelvin公式10
§1.5溶液的表面吸附12
1.5.1溶液表面过剩量的定义12
1.5.2溶液的表面吸附——Gibbs吸附公式13
§1.6液?液界面的性质14
§1.7液?固界面——润湿作用15
1.7.1液体在固体表面的润湿作用15
1.7.2接触角与润湿方程16
1.7.3接触角的测定及其影响因素16
§1.8表面活性剂及其作用17
1.8.1表面活性剂的定义18
1.8.2表面活性剂的分类、结构特点及应用19
1.8.3表面活性剂在界面上的吸附29
1.8.4表面活性剂溶液的体相性质36
1.8.5胶束理论38
1.8.6表面活性剂的作用及应用47
§1.9固体表面的吸附57
1.9.1固体吸附57
1.9.2吸附等温式及吸附等温线57
1.9.3固体的比表面积59
1.9.4退吸附与吸附能59
第2章新型吸附剂的研究60
§2.1纳米材料吸附剂60
2.1.1纳米金属的吸附作用及其应用60
2.1.2纳米氧化物和盐的吸附作用及其应用61
2.1.3富勒烯吸附剂的吸附作用与应用64
2.1.4碳纳米管的吸附作用及其应用65
2.1.5有机纳米材料作为吸附剂66
§2.2生物吸附剂66
2.2.1生物吸附剂的种类66
2.2.2生物吸附剂的制备69
2.2.3生物吸附剂的应用领域70
§2.3纤维素吸附剂71
2.3.1阳离子吸附剂71
2.3.2阴离子吸附剂72
2.3.3两性离子吸附剂73
2.3.4离子螯合剂73
第3章催化剂的研究76
§3.1合成氨工业催化剂76
3.1.1传统铁基合成氨催化剂77
3.1.2亚铁型合成氨催化剂78
3.1.3钌基合成氨催化剂79
3.1.4其他合成氨催化剂80
§3.2聚乙烯催化剂80
3.2.1聚乙烯催化剂的制备80
3.2.2聚乙烯催化剂的研究现状81
§3.3催化重整催化剂84
3.3.1重整催化剂的特点84
3.3.2重整催化剂的制备方法84
3.3.3催化重整催化剂的研究进展85
§3.4三效催化剂87
3.4.1三效催化剂尾气净化原理88
3.4.2三效催化剂的组成88
3.4.3三效催化转化剂的研究进展89
第4章乳状液的研究92
§4.1乳状液的制备92
4.1.1制备方法分类93
4.1.2乳化设备93
§4.2乳状液类型的鉴别及影响因素94
4.2.1乳状液类型的鉴别94
4.2.2决定和影响乳状液类型的因素94
§4.3影响乳状液稳定性的因素95
4.3.1乳状液是热力学不稳定体系95
4.3.2油?水间界面的形成95
4.3.3界面电荷96
4.3.4乳状液的黏度96
4.3.5液滴大小及其分布96
4.3.6粉末乳化剂的稳定作用96
§4.4乳化剂的分类与选择97
4.4.1乳化剂的分类97
4.4.2乳化剂的选择98
§4.5乳状液的变型和破乳98
4.5.1乳状液的变型98
4.5.2影响乳状液变型的因素99
4.5.3乳状液的破坏100
§4.6乳状液的应用101
4.6.1乳状液在医药行业中的应用102
4.6.2乳状液在建筑涂料行业中的应用102
4.6.3乳状液在石油工业钻井液中的应用102
4.6.4乳状液在胶黏剂行业中的应用102
4.6.5乳状液与乳状液膜提取工艺103


§4.7微乳状液103


4.7.1微乳状液的微观结构103
4.7.2助表面活性剂的作用104
4.7.3微乳状液的性质104
4.7.4微乳状液的形成机理105
4.7.5微乳状液的应用进展105
第5章固体表面改性及其应用110
§5.1固体表面特征110
§5.2表面改性效果的评定111
5.2.1传统评定方法111
5.2.2表面分析新技术116
§5.3表面改性的方法与机理116
5.3.1无机粉体和增强材料的改性116
5.3.2高聚物基体的改性121
5.3.3铁基表面复合材料的制备技术及研究122
5.3.4渗氮与离子镀TiN复合处理表面强化技术126
5.3.5铝合金表面多层梯度碳基复合薄膜构筑与防护130
第6章胶体化学概述131
§6.1胶体和胶体的基本特性131
6.1.1分散系统的分类132
6.1.2胶团的结构133
§6.2胶体化学发展与研究内容134
6.2.1胶体化学的发展过程134
6.2.2胶体化学的发展前景136
6.2.3胶体化学的研究内容137
§6.3胶体化学的应用139
§6.4溶胶的制备和净化140
6.4.1溶胶的制备140
6.4.2溶胶的净化142
6.4.3溶胶的形成条件和老化机理143
6.4.4均分散胶体的制备和应用144
第7章胶体的性质147
§7.1胶体的运动性质147
7.1.1Brown运动147
7.1.2扩散和渗透压148
7.1.3沉降和沉降平衡149
§7.2胶体的光学性质151
§7.3溶胶的电学性质和胶团结构154
7.3.1电动现象及其应用154
7.3.2质点表面电荷的来源157
7.3.3胶团结构158
7.3.4双电层结构模型和电动电位(ξ电位)159
§7.4胶体稳定性161
7.4.1溶胶的稳定性与DLVO理论162
7.4.2溶胶的聚沉165
7.4.3高聚物稳定胶体体系的理论167
§7.5流变性质169
7.5.1基本概念和术语169
7.5.2稀胶体溶液的强度171
7.5.3浓分散体系的流变性质173
§7.6胶体粒子的大小与形貌176
7.6.1电子显微镜的种类和原理176
7.6.2胶粒的形状180
7.6.3胶粒的半径大小与多分散度180
第8章凝胶182
§8.1概述182
8.1.1凝胶及其通性182
8.1.2凝胶的分类183
§8.2凝胶的形成183
8.2.1凝胶形成的条件183
8.2.2凝胶形成的方法183
§8.3凝胶的结构185
§8.4胶凝作用及其影响因素188
8.4.1溶胶?凝胶转变时的现象188
8.4.2影响胶凝作用的因素189
§8.5凝胶的性质191
8.5.1膨胀作用191
8.5.2离浆现象191
8.5.3触变现象192
8.5.4吸附作用192
8.5.5凝胶中的扩散作用192
8.5.6化学反应192
§8.6几种主要的凝胶193
8.6.1硅酸铝凝胶的制备和结构特性193
8.6.2高吸水性聚合物的制备和性能195
8.6.3高吸油性凝胶的制备和性能197
8.6.4凝胶色谱用凝胶199
8.6.5气凝胶202
第9章胶体化学研究进展205
§9.1胶体推进剂——胶体化学在航天技术中的应用205
9.1.1胶体推进剂205
9.1.2胶体推进剂与液体、固体推进剂性能比较206
§9.2胶体化学在造纸工业中的应用207
9.2.1蒸煮过程中胶体化学理论的应用及实践207
9.2.2洗涤过程中胶体化学理论的应用及实践208
9.2.3漂白过程中胶体化学理论的应用及实践208
9.2.4抄纸过程中胶体化学理论的应用及实践208
9.2.5在废液(水)处理过程中胶体化学理论的应用及实践208
§9.3高分子复混溶胀胶体材料防治煤炭自燃209
9.3.1高分子复混溶胀胶体材料的防灭火机理及其特性209
9.3.2应用实例209
§9.4溶胶?凝胶法的基本原理、发展及应用现状209
9.4.1溶胶?凝胶法209
9.4.2溶胶?凝胶法的基本原理及特点210
9.4.3溶胶?凝胶法的应用211
9.4.4溶胶?凝胶法的研究展望212
§9.5胶体电解质212
9.5.1胶体电解质的发展212
9.5.2胶体电解质的应用213
§9.6水性油墨的胶体化学213
9.6.1水性油墨概述213
9.6.2水性油墨胶体化学特性的研究213