颗粒分散科学与技术（第二版）

随着科学技术的迅速发展及各学科知识和工程技术的相互渗透，颗粒科学与技术作为一门新兴交叉学科，引起人们的极大兴趣和广泛关注，特别是在发现纳米现象以后，人们更加重视超细颗粒分散，努力揭示分散规律和研发分散技术。分散技术广泛应用于复合材料、化学化工、石油、冶金、建筑、能源、食品、医药、建材、环境、农业等几乎所有涉及颗粒分散的行业领域的工业过程，已成为提高材料乃至产品质量和性能，提高工艺过程效率不可或缺的重要途径。因此，迫切需要有一部系统讨论颗粒分散，充分反映该领域科技进步的专著。
《颗粒分散科学与技术》从胶体化学、表面(界面)化学理论、材料学及颗粒技术出发，系统论述了颗粒性质，颗粒间相互作用，颗粒表面改性，颗粒在不同介质中的分散理论、分散行为、分散技术、分散助剂、分散的评价方法、典型的分散设备以及分散技术在相关行业领域的实际应用，全面总结了国内外有关颗粒分散科学与技术的最新研究成果和生产实践。
《颗粒分散科学与技术》是一部系统论述颗粒分散科学与技术的专著。2005年首次出版发行以来，许多读者纷纷来信希望再版，扩大发行。出版社多次建议著者修订再版，以满足读者需求。为此，著者在尊重初版基本内容的基础上，重点增加了液-固及气-液界面研究的最新成果以及颗粒分散技术在环境保护领域及纳米碳酸钙解聚中的最新应用。衷心期望《颗粒分散科学与技术》的再版有助于进一步加深和拓宽读者对颗粒分散这门跨学科、多行业的综合性科学技术的兴趣和研究，并对相关学科师生教学和相关行业的科技工作者研究具有重要的参考价值。

著者
2020年3月于北京

任俊，中国科学院理化技术研究所，研究员，工学博士。先后毕业于东北大学和北京科技大学。中国颗粒学会理事，中国颗粒学会颗粒制备与处理专业委员会委员。曾在冶金工业部包头稀土研究院工作，在南京大学化学化工学院做博士后研究，现在中国科学院理化技术研究所工作，研究员。主要从事物理化学、微细颗粒分散技术、功能复合材料及应用研究开发工作。著有《铌》，参编《工业悬浮液》、《粉体技术手册》和《超微粉体技术》等著作；在国内外核心刊物上发表研究论文近100余篇，拥有多项发明专利。

本书是一部系统论述颗粒分散基本原理、关键技术及其实际应用的专著。颗粒分散研究及其应用具有跨学科、多行业的特点，涉及诸多交叉学科的研究和系统工程技术的应用。著者从胶体化学、表面(界面)化学理论、材料学及颗粒技术出发，全面阐述了颗粒的性质，颗粒间相互作用，颗粒表面改性，颗粒在不同介质中的分散理论、分散行为、分散助剂、分散设备、评价方法以及分散技术在诸多行业领域中的应用。专著不仅展现了著者的最新研究成果和观点，同时也反映了国内外颗粒分散科学技术的前沿领域和最新进展。
本书既可作为高等院校相关学科师生教学参考书，也可作为化学化工、石油、冶金、材料、医药、食品、能源、建筑、环境保护及农业等涉及粉体(纳米颗粒)行业的科技工作者的参考书。

1导论1
1.1分散体系1
1.2分散稳定性4
1.3颗粒的分散6
参考文献8

2颗粒的性质9
2.1颗粒的体相性质9
2.1.1颗粒的大小9
2.1.2颗粒的形状12
2.1.3颗粒的表面积13
2.1.4颗粒的磁学性质16
2.1.5颗粒的光学性质18
2.1.6颗粒的带电23
2.2颗粒的表面（界面）性质26
2.2.1颗粒表面的不饱和性27
2.2.2颗粒表面的非均质性27
2.2.3颗粒的表面能和表面自由能29
2.2.4颗粒的表面活性31
2.2.5颗粒表面能估算及测定32
2.3颗粒表面的润湿性35
2.3.1润湿的物理意义35
2.3.2表面接触角与临界表面张力的关系39
2.3.3颗粒的亲液性与疏液性43
2.3.4表面润湿性的测定46
2.4颗粒表面的动电学51
2.4.1颗粒表面电荷的起源51
2.4.2颗粒表面双电层模型53
2.4.3双电层中的电位56
2.4.4颗粒表面电位与润湿性的关系59
2.4.5颗粒表面的化学反应63
参考文献65

3颗粒间的相互作用68
3.1颗粒在液相中的相互作用68
3.1.1范德华作用68
3.1.2静电作用75
3.1.3空间位阻作用81
3.1.4溶剂化作用88
3.1.5疏液作用92
3.1.6磁吸引作用94
3.1.7颗粒间相互作用制约的颗粒分散/团聚状态97
3.2颗粒在空气中的相互作用99
3.2.1范德华作用99
3.2.2静电作用100
3.2.3液桥作用102
3.2.4空气中静电力、范德华力及液桥力的比较104
参考文献105

4分散剂109
4.1无机电解质类分散剂109
4.2表面活性剂111
4.2.1表面活性剂的分类112
4.2.2表面活性剂的结构特征113
4.2.3表面活性剂分散剂的HLB值115
4.3偶联剂118
4.3.1硅烷偶联剂118
4.3.2钛酸酯偶联剂120
4.3.3铝酸酯偶联剂122
参考文献124

5颗粒的表面改性125
5.1颗粒表面的物理改性125
5.1.1电磁波辐照改性125
5.1.2等离子体改性126
5.2颗粒表面的化学改性130
5.2.1颗粒表面对气体（蒸气）的吸附131
5.2.2颗粒在液体中的吸附模型132
5.2.3颗粒表面对分散剂的吸附133
5.2.4颗粒表面与分散剂的吸附特征149
5.3颗粒的机械力化学改性149
5.3.1机械力诱导颗粒晶体结构变化150
5.3.2机械力诱导颗粒表面物理化学性质的变化156
5.3.3机械力化学反应159
参考文献162

6颗粒在液相中的分散与调控164
6.1颗粒在液相中的分散原理164
6.1.1颗粒的润湿164
6.1.2颗粒悬浮体系的分散/团聚状态165
6.1.3颗粒在水-气界面的漂浮粒度与润湿性的关系165
6.1.4悬浮液中颗粒分散的判据167
6.1.5颗粒分散的调控因素与其润湿性的关系167
6.2颗粒在不同介质中的分散特征167
6.3颗粒在液相中分散的主要影响因素170
6.3.1在水中分散的主要影响因素170
6.3.2在非水介质中分散的主要调控因素180
6.3.3体系温度188
6.4颗粒在液相中的分散与调控191
6.4.1介质调控191
6.4.2分散剂调控194
6.4.3机械搅拌分散203
6.4.4超声分散206
参考文献210

7颗粒在空气中的分散与调控213
7.1颗粒的团聚行为213
7.2颗粒团聚的根源214
7.2.1颗粒的带电214
7.2.2表面吸附对颗粒团聚的作用214
7.2.3粒间作用力与颗粒直径的关系217
7.3颗粒在空气中的分散与调控218
7.3.1干燥分散218
7.3.2机械分散220
7.3.3表面改性分散222
7.3.4静电分散226
7.3.5复合分散231
参考文献234

8液-液乳化分散236
8.1乳状液236
8.2乳化分散的类型237
8.2.1混合方式237
8.2.2乳化剂的加入方式238
8.3乳化分散的稳定性及其主要影响因素239
8.3.1乳化分散的稳定性239
8.3.2乳化分散的主要影响因素243
8.4乳化分散的转换246
8.4.1乳化分散的转换机制246
8.4.2相对体积分数与乳化分散转换的关系247
8.4.3对抗性乳化分散剂与乳化分散转换的关系248
8.4.4乳化分散转换的稳定效应248
8.5乳化分散的稳定方法252
8.5.1化学稳定252
8.5.2机械稳定253
8.5.3冻融稳定254
8.5.4贮藏稳定256
8.6微乳液257
参考文献260

9气-液分散261
9.1气体在液体中分散的方法261
9.1.1机械搅拌分散261
9.1.2气体通过多孔介质分散263
9.1.3从液体中自析分散263
9.1.4沸腾过程气泡的生长与分散265
9.2气泡的浮升速度272
9.3气泡表面的电性273
9.4气泡的相互兼并274
9.5气泡的抗兼并途径276
9.5.1添加起泡剂276
9.5.2提高机械搅拌强度278
9.6气泡在液体中的分散程度279
9.6.1气泡的Sauter平均直径279
9.6.2比表面279
参考文献281

10分散设备282
10.1湿式分散设备282
10.1.1超声波分散机282
10.1.2机械搅拌分散机283
10.1.3磨机设备284
10.1.4万能式混合分散机285
10.1.5Megatron混合分散机286
10.1.6Polytron篮式混合分散机287
10.1.7Beadless分散机287
10.2干式分散设备289
10.2.1搅拌型分散机289
10.2.2喷嘴式分散机289
10.2.3NMG高速搅拌混合机290
10.2.4CMW型混合机290
10.2.5气流分散混合器291
参考文献291

11颗粒分散的应用292
11.1在粉体工程中的应用292
11.1.1在超细粉碎分级中的应用292
11.1.2在超细颗粒制备中的应用294
11.1.3在颗粒粒度测试中的应用298
11.2颜料在工业中的应用300
11.2.1颜料的种类及用途300
11.2.2颜料粒径与着色的关系300
11.2.3颜料的分散过程301
11.2.4颜料分散的界面调控302
11.2.5颜料的分散工艺306
11.3在磁性涂料中的应用308
11.3.1颗粒分散的操作条件308
11.3.2颗粒的表面改性及分散性能312
11.4在油田钻井中的应用314
11.4.1钻井液的分散稳定性315
11.4.2分散剂及其作用机理316
11.5在矿物工程中的应用316
11.6在农药中的应用320
11.6.1农药的分类320
11.6.2分散体系的稳定性321
11.6.3农药的分散制剂321
11.7在混凝土工程中的应用322
11.7.1水泥的水化作用323
11.7.2水泥浆的流动性和分散稳定性324
11.7.3外加剂324
11.8在环保行业中的应用327
11.8.1在水处理中的应用327
11.8.2在土壤修复中的应用331
11.8.3在大气污染控制中的应用332
11.9在水煤浆工业中的应用333
11.9.1CWM的成浆原理334
11.9.2CWM分散剂选择336
11.9.3CWM的主要影响因素338
11.9.4CWM的稳定性346
11.9.5CWM的制备工艺346
11.10在纳米碳酸钙解聚中的应用348
11.10.1NCC颗粒的聚集行为和性质348
11.10.2NCC颗粒解聚及在水介质中分散350
11.10.3NCC解聚和在水介质中分散行为评判358
参考文献360

12颗粒分散的评价方法362
12.1颗粒在液体中分散的评价方法362
12.1.1沉降法363
12.1.2浊度法363
12.1.3显微镜法364
12.1.4粒度分布测量法364
12.1.5流变法364
12.1.6测力法364
12.1.7分散稳定性指数法365
12.1.8紫外透光率法366
12.2颗粒在空气中分散的评价方法367
12.2.1分散率法367
12.2.2黏着力法368
12.2.3图像分析法369
12.2.4分散指数法369
12.2.5分散度法370
12.3液-液乳化分散的评价方法370
12.3.1乳状液液珠直径分布曲线法370
12.3.2液珠数目或液珠体积变化速率法370
12.3.3光度法371
12.3.4分相测定法371
12.4气-液分散的评价方法373
12.4.1振荡法373
12.4.2气流法373
12.4.3搅动法373
12.5气泡脱离直径的测量374
参考文献375