20.有關 flocculation 之敘述,下列何者錯誤?
(A)添加助懸劑可提供網狀結構
(B)高度凝絮的懸液劑會發生粒子沉降緩慢的情況
(C)粒子形狀可影響沉降結塊的程度
(D)降低 electrical barrier 之電解質可做為 flocculating agent
統計: A(10), B(43), C(12), D(14), E(0) #3973779
詳解 (共 5 筆)
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電解質:磷酸二氫鉀(負電凝絮劑)、AlCl3(正電凝絮劑)
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高分子聚合物:Xanthan gum、gelatin
- 界面活性劑
| 去凝聚 (Deflocculated Suspensions) | 凝聚 (Flocculated Suspensions) |
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懸浮液中粒子間的排斥力超過吸引力
→粒子保持分散
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粒子間保持 loose aggregates |
| 沉降速度慢 (∵ 粒子個別沉降且顆粒很小) | 沉降速度快 (∵ 粒子以一群凝聚體(floc)形式沉降) |
| 沉降後上清液呈現雲霧狀 | 沉降後上清液呈現澄清清狀 |
| 沉澱物緩慢形成 | 沉澱物快速形成 |
| 沉澱物緊密堆積 | 沉澱物疏散堆積(沉降體積會增加) |
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克服排斥力、形成 hard cake硬塊
→ 難以再度恢復懸浮
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粒子沒有緊密連結、沒有形成 cake
→容易再度恢復懸浮
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| 比較項目 | 凝絮體系(Flocculated) | 去凝絮體系(Deflocculated) |
| 粒子狀態 | 粒子間引力 $>$ 排斥力,形成鬆散網狀團塊(Flocs) | 粒子互相排斥,單個獨立存在 |
| Zeta 電位 | 較低(電壓屏障被壓縮/中和) | 較高(同種電荷相互強烈排斥) |
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沉降速率 (Stokes' law: $v \propto r^2$) |
非常快 (因團塊有效粒徑 $r$ 變大) |
非常緩慢 (單個小粒子沉降極慢) |
| 沉澱物結構 | 結構鬆散、體積龐大(Porously packed) | 結構緊密、體積小(Closely packed) |
| 結塊現象(Caking) | 絕不結硬塊(No caking) | 會形成硬塊(Caking / Claying) |
| 再分散性(Resuspend) | 極易搖勻再分散(輕搖即均勻) | 極難再分散(底層壓實成泥,搖不開) |
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沉降容積比($F$ 值) F = V_u / V_0 |
較高($F \approx 1$ 甚至 $>1$) | 極低($F \ll 1$) |
| 上清液外觀 |
迅速變得澄清 (團塊快速沉底,上方無小粒子殘留) |
長期保持混濁 (極小粒子懸浮在上方慢慢沉) |
核心學理:凝絮(Flocculation)vs 去凝絮(Deflocculation)的沉降對比
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(B) 敘述完全錯誤(本題答案):
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高度凝絮(Flocculated):懸浮粒子間形成鬆散的網狀大團塊(Flocs)。因為團塊的有效粒徑(Radius $r$)變大,根據史托克定律(Stokes' law, $v \propto r^2$),團塊的沉降速率其實非常快(Sedimentation is rapid),而不是沉降緩慢!
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凝絮的最強優勢:雖然它沉降得快,但沉降後形成的是體積龐大、鬆散且極易經由搖晃重新分散(Easy to resuspend)的沉澱物,完全不會結硬塊(No caking)。
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反觀去凝絮(Deflocculated):粒子各自獨立,沉降非常緩慢,但一旦沉到底部,小粒子會緊密堆積形成極難搖勻的硬塊(Caking)。
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為什麼其他三個選項(A、C、D)敘述完全正確?
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(A) 添加助懸劑可提供網狀結構(正確):
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親水性膠體(Hydrophilic polymers / Suspended agents,如 CMC-Na、Xanthan gum)可以在液相中形成三維網狀介質結構(Structured vehicle),藉由提升系統黏度與空間阻礙,協助支撐並捕捉凝絮團塊。
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(C) 粒子形狀可影響沉降結塊的程度(正確):
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粒子的形狀(如球形、針狀、片狀)會直接影響粒子沉降時的堆積密實度(Packing density)與接觸面積,進而影響最後沉澱物的鬆散程度與結塊(Caking)傾向。
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(D) 降低 electrical barrier 之電解質可做為 flocculation agent(正確):
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DLVO 理論與 Zeta 電位:懸浮粒子表面通常帶有同種電荷而相互排斥(Electrical barrier)。
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當加入適量的電解質(Electrolytes,如磷酸鹽、枸櫞酸鹽)作為凝絮劑(Flocculating agents)時,電解質會中和粒子表面的電荷、降低 Zeta 電位,壓縮雙電層(Electrical double layer),使粒子間的凡得瓦吸引力大於排斥力,從而引發凝絮。
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(A) 助懸劑例如甲基纖維素可以提供網狀結構➡️正確 (某一年考古有)