電荷零點(diǎn)的測(cè)定與膠體凝聚Hofmeister效應(yīng)的激光散射研究.pdf

1、我國(guó)南方廣泛分布的紅黃壤含有大量的可變電荷膠體，赤鐵礦是其中重要的可變電荷膠體之一。赤鐵礦膠體是土壤礦質(zhì)膠體的組成部分，其水合氧化物表面構(gòu)成了土壤可變電荷的重要來(lái)源。赤鐵礦膠體表面M-OH具有活躍的表面性質(zhì)，與土壤重金屬吸附與解吸、土壤退化和水體面源污染密切相關(guān)。電荷零點(diǎn)(The pointofzero charge，PZC)是赤鐵礦膠體表面重要的表面性質(zhì)，因赤鐵礦（可變電荷）膠體表面主要是水合氧化物型表面，即M-OH， pH的變化會(huì)引

2、起表面M-OH基團(tuán)與溶液中H+之間的相互作用而產(chǎn)生表面電荷。因此，PZC的大小影響顆粒間相互作用力大小，從而影響赤鐵礦膠體顆粒之間的凝聚。研究表明，常用的測(cè)定可變電荷PZC的方法為電位滴定法和Zeta電位法，兩種方法存在明顯的缺點(diǎn):第一，電位滴定法測(cè)得的電位值隨pH呈雙曲線（非線性）變化，無(wú)法預(yù)測(cè)未知材料的PZC。第二，Zeta電位只能測(cè)定剪切面上的電位值，且不能測(cè)定可變電荷/恒電荷混合膠體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度，不能測(cè)定可變電荷/恒電荷混

3、合膠體的PZC值。因此，建立新的PZC測(cè)定方法具有重要的意義。赤鐵礦膠體凝聚不僅受到表面電化學(xué)性質(zhì)的影響，而且受到膠體界面離子濃度和離子種類的影響，表現(xiàn)出膠體凝聚的Hofmeister效應(yīng)。Hofmeister效應(yīng)，又稱離子特異性效應(yīng)，在大約120年前由Hofmeister在蛋白質(zhì)凝聚的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。近十年來(lái)的研究表明離子特異性效應(yīng)在界面附近扮演重要角色，并深刻影響界面附近微觀效應(yīng)和宏觀過(guò)程。在通常的土壤(pH＜8)條件下，赤鐵礦帶凈正

4、電荷，其凝聚由溶液中的陰離子引發(fā)。目前，陰離子引發(fā)赤鐵礦膠體凝聚的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了測(cè)定可變電荷膠體電荷零點(diǎn)的新理論和新方法。本文所建立的動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定方法在理論上具有如下優(yōu)勢(shì):首先，靈敏度和準(zhǔn)確度更高。當(dāng)pH接近PZC時(shí)，本法測(cè)定PZC所依賴的總平凝聚速率對(duì)pH變化最敏感。而與傳統(tǒng)的電位滴定法和Zeta電位法相比，其測(cè)定PZC的情況正想反，即電位變化在pH遠(yuǎn)離PZC最敏感，而接近PZC時(shí)最不敏感

5、。其次，測(cè)定更簡(jiǎn)便。本法確定PZC的pH值依賴于總平均凝聚速率隨pH變化的線性關(guān)系，而電位滴定法和Zeta電位法則依賴于電位隨pH變化的非線性關(guān)系。對(duì)于線性關(guān)系而言，測(cè)定中只需要少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)就可準(zhǔn)確確定PZC。但對(duì)于非線性關(guān)系，則必須在pH接近PZC的附近布置較多pH點(diǎn)，以準(zhǔn)確確定PZC。然而，對(duì)于未知材料，于由其PZC并不能預(yù)先知道，所以無(wú)法預(yù)先設(shè)置最合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布。所以本文提出的方法更簡(jiǎn)便。第三，此法可方便地用于同時(shí)含可變

6、電荷與恒電荷的混合膠體表面的凈電荷零點(diǎn)的測(cè)定。Zeta電位只能測(cè)定剪切面上的凈電荷零點(diǎn)，而且如果一個(gè)混合膠體表面的恒電荷數(shù)量顯著大于可變電荷數(shù)量，采用Zeta電位法根本就不可能測(cè)得凈電荷零點(diǎn)。電位滴定法不能應(yīng)用于帶恒電荷體系的凈電荷零點(diǎn)的測(cè)定。但是，由于本文的測(cè)定基于系統(tǒng)中的總平均凝聚速率的測(cè)定，所以它不受表面電荷類型的限制。⑵測(cè)定赤鐵礦膠體的PZC為7.60。與此同時(shí)，我們采用Zeta電位法（傳統(tǒng)方法）驗(yàn)證了新方法的可靠性。因此，本文

7、提出的動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)定可變電荷膠體電荷零點(diǎn)的新技術(shù)在原理和方法上是可行的，在測(cè)定結(jié)果上是可靠性的。⑶利用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)，不同濃度的Cl-、Br-和SO42-條件下通過(guò)對(duì)赤鐵礦膠體凝聚動(dòng)力學(xué)的研究，定量表征赤鐵礦膠體凝聚的有效粒徑、臨界聚沉濃度和活化能的陰離子特異性。Cl-、Br-和SO42-三種體系赤鐵礦凝聚體粒徑表現(xiàn)為:D(Cl-)＜D(Br-)＜D(SO42-)，赤凝聚的臨界聚沉濃度值(Critical CoagulationCo