聚丙烯酰胺膠粒間距及其相互作用能

膠體粒子間存在兩個反方向的力，即吸引力（范德華力）和排斥力（靜電斥力），兩種力都是膠粒間距的函數，共同作用結果表現為相互作用能是膠粒間距的函數：

V_T=1/2rDu²ln[1+exp（-KH）]-Ar/12H

V_T：膠體粒子間的相互作用能（erg）；

r：顆粒半徑（cm）；

D：水的介電常數；

u：吸附層和擴散層界面上的電位；

H：顆粒間的較短距離；

A：范德華常數。

膠粒間的相互作用能與膠粒間距的關系如圖5.1：

從圖中可以看出：

（1）當膠粒間距處于a、c點時，引力等于斥力，合力為零，膠體處于穩定狀態；

（2）當膠粒間距小于a時，合力表現為引力，易聚集，相互作用能出現一次較小值，能形成絮體；

（3）當膠粒間距處于a、c之間時，相互作用以排斥能為主，膠體處于穩定狀態，不能形成絮體；

（4）當膠粒間距處于c、d之間時，合力表現為引力，相互作用能表現出二次較小值，能出現聚集，但形成的絮體疏松，易受外界干擾破壞；

（5）曲線在b點出現較大值Vm，稱為位能峰，是顆粒凝集和絮凝的較大能量障礙，只有減小排斥能，降低位能峰值，才能縮小顆粒間距，增加吸引能，形成絮體。

聚丙烯酰胺的作用機理，一般認為是“吸附-電中和-橋連”機理。由于高分子鏈很長，攜帶的官能團多，可以同時吸附多個顆粒，把它們連接起來，形成大團顆粒而絮凝。絮凝劑與顆粒之間的相互作用力為靜電力、氫鍵、共價鍵同時作用，哪種起主要作用，應由聚丙烯酰胺性質、懸浮顆粒性質、水溶液的性質決定。因為含油污水的膠粒通常帶負電荷，所以陽離子型聚丙烯酰胺對膠粒同時起到電中和、降低ζ電位和吸附架橋的作用，而陰離子、非離子型聚丙烯酰胺以吸附架橋為主，兩性離子型聚丙烯酰胺的陽離子基團可以捕捉帶負電荷的懸浮物，陰離子基團可促進懸浮物的沉降，具體過程需進一步研究。