层状硅铝酸盐，代表性矿物有水云母、蒙脱石、高岭石等。
粘土矿物的粒径比原生矿物小得多，是一种凝胶。
第四节
水中胶体物质及其吸附作用
2．金属水合氧化物
铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高
分子及溶胶的形态存在。
3．腐殖质和有机胶体 腐殖质是一种天然的带负电的有机胶体。藻类、细菌及病 毒是一类天然的生物有机胶体。排入废水中的表面活性剂， 与泄漏在水中的油滴、憎水有机物质形成的乳浊液也类似 于有机胶体。
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水中胶体物质及其吸附作用
半径在 0.1~1 nm 的颗粒的许多性质与胶体相类似，一般也
将其归为胶体物质。下面分别叙述天然水中的胶体物质的 类别。 1. 矿物微粒和粘土矿物 天然水中常见矿物微粒一般为原生矿物，主要有石英、长 石、云母类矿物，这类矿物颗粒较粗，构成了水中颗粒物 的主要部分。粘土矿物为原生矿物经化学风化作用而成的
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水中胶体物质及其吸附作用
一、
天然水中的胶体物质
水环境中的胶体物质主要有无机胶体，有机胶体和无
机 — 有机复合胶体。这些物质根据它们的半径的不同而呈
现为凝胶或溶胶的形式，有些胶体物质通过静电聚合作用
凝聚在一起，可形成颗粒物。 对分散系的划分大致为：溶解半径 < 1 nm溶质的溶液称 为真溶液；溶解粒子的半径 > 1 nm属粗分散系统。其中半 径在1~100 nm 的为胶体分散系统，对应大小的固体超细粉 料即为所谓的纳米材料。
Ka1 Ka2 +H NRCOOH === +H NRCOO- === H NRCOO3 3 2
低pH 中等pH 高4．胶体的双电层 胶体表面存在电荷，使溶液中固液界面区域内电荷分布被扰 乱而形成局部的不均等分布，由此构成胶体的双电层。根据 一系列的由于静电吸引作用和热运动两种效应，所以在溶液
pH值而改变的电荷为可变负电荷（ pH依变电荷）。
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水中胶体物质及其吸附作用
3．有机胶体表面性质
有机胶体中的腐殖质，其代表性的羧基、羟基、酚基较氨 基多，羧基、羟基、酚基在离解过程中，它们失去质子的 数量比氨基（同一腐殖质）得到质子的数量明显要多，因 此，腐殖质胶体在通常情况下其表面带负电荷。但像氨基 酸类胶体，其表面电荷的性质就要看它们所处的酸度环境 了，如：
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水中胶体物质及其吸附作用
三、水环境中颗粒物的吸附作用
一）吸附的一般概念
1.吸附的定义
•吸附(Adsorption)---- 溶质在固体表面或天然胶体表面上相对 聚集的现象.(溶质在固体表面或天然胶体表面上浓度升高，而
在液体中浓度下降的现象被称为吸附).但这种吸附是一种表观
吸附，通常称之为吸着(Sorption)。 •解吸(Desorption)----被吸附的溶质从固体表面离去的现象. •吸附剂(Adsorbent)---吸附溶质的胶体或固体被. •吸附质(Adsorbate)----被吸附的溶质。
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水中胶体物质及其吸附作用
4．水体沉积物
天然水体中各种环境胶体物质往往并非单独存在，而是相
互作用结合成为某种聚集体，即水体沉积物，它们既可以 悬浮在水中成为水中悬浮物，也可以沉降于水底，在水力 发生变化时又重现悬浮于水中。 5.藻类、细菌、病毒、油滴、表面活性剂
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水中胶体物质及其吸附作用
扩 散 层 构 成 的 电 性 相 反 的 电 层 叫 双 电 层 （ Double electric
layer）或扩散双电层
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水中胶体物质及其吸附作用
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水中胶体物质及其吸附作用
5．胶体的电荷零点
胶体物质的最大特点为均含弱电离的基团，在一般情况下表 现出两性性质，即既能解离出OH-离子，也能解离出H+离子。 当其解离阴、阳离子的数量相等时，胶体所处溶液的 pH 值被 称为胶体物质的电荷零点（ZPC即The zero point of charge）， 有时也被称为等电点。 当胶体物质处于电荷零点时，其容易形成沉淀或被凝聚。
金属水合氧化物表面还可以通过氢键、范德华引力吸附 溶液离子而带电荷。
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水中胶体物质及其吸附作用
金属水合氧化物即能解离出OH-又能解离出 H+为两性胶体，
当解离阴阳离子的能力相等时，这时的胶体溶液的pH值称
为等电点（零电位），这一pH值时胶体不带电荷。
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水中胶体物质及其吸附作用
2．粘土矿物胶体表面性质
二、胶体的表面性质
胶体物质在水环境中的许多行为来自其本身的表面性质。
首先，胶体物质具有比一般宏观物质大得多的比表面积。
其次，在其巨大的表面上带有电荷。 1．金属水合氧化物胶体表面性质 金属水合氧化物表面具有许多可以发生离解的活性基团。 在金属氧化物水化过程中，其表面产生许多水合羟基，这 些基团会在水中进一步发生离解，产生表面电荷。
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水中胶体物质及其吸附作用
第四节水中胶体物质及其吸附作用
化学物质在水中的迁移转化除了发生前面介绍的沉淀
溶解、配位及氧化还原等化学反应以外，还可发生吸附、
凝聚等物理化学反应。 由于天然水中重金属离子的浓度很低，在进行化学反 应之前，往往先是吸附在水中颗粒物或沉积物的表面，然 后再进一步发生化学反应。因此，水中胶体物质及其吸附 作用在化学物质的迁移转化中具有很重要的意义。
粘土矿物胶体是天然水体中最重要的一类无机胶体，其
组成与结构在土壤学中介绍。其表面电荷来源主要有★
矿物晶格内部同晶替换，如矿物中的铝氧八面体网格中
的铝被镁替换或硅氧四面体中的硅被铝替换，和★边缘
氢氧键的断裂，后一过程的机制与金属水合氧化物表面
产生电荷的过程相类似。
由同晶替换所产生的电荷为永久负电荷，这种电荷不受pH值的影响。随
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水中胶体物质及其吸附作用
如水合氧化锰：
在酸性介质中，发生下面反应而带正电荷： MnO2(nH2O)(s) + H+ → MnO2(n-1H2O)H3O+(s)
在碱性介质中，表面可失去H+而带上负电荷：
MnO2(nH2O)(s) + OH- → MnO2(n-1H2O)OH-(s) + H2O
中，与固体表面离子电荷相反的离子（反离子）只有一部分
紧密排列在固体表面上，距离约 1~2 个离子的厚度，并与固 体一起移动，这部分反离子和胶粒表面离子形成的带电层称
为紧密层或吸附层；另一部分反离子与固体表面的距离可以
从紧密层边缘一直扩散到溶液本体中，离固体愈近其浓度愈 高，形成电荷符号与吸附层电荷相反的扩散层，由吸附层和