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

1、我國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(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的變化會引

2、起表面M-OH基團與溶液中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:第一，電位滴定法測得的電位值隨pH呈雙曲線（非線性）變化，無法預(yù)測未知材料的PZC。第二，Zeta電位只能測定剪切面上的電位值，且不能測定可變電荷/恒電荷混合膠體在電場中的運動速度，不能測定可變電荷/恒電荷混

3、合膠體的PZC值。因此，建立新的PZC測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)凝聚的實驗中發(fā)現(xiàn)的。近十年來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)研究鮮見報道。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了測定可變電荷膠體電荷零點的新理論和新方法。本文所建立的動態(tài)光散射測定方法在理論上具有如下優(yōu)勢:首先，靈敏度和準確度更高。當pH接近PZC時，本法測定PZC所依賴的總平凝聚速率對pH變化最敏感。而與傳統(tǒng)的電位滴定法和Zeta電位法相比，其測定PZC的情況正想反，即電位變化在pH遠離PZC最敏感，而接近PZC時最不敏感

5、。其次，測定更簡便。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。對于線性關(guān)系而言，測定中只需要少量的實驗數(shù)據(jù)點就可準確確定PZC。但對于非線性關(guān)系，則必須在pH接近PZC的附近布置較多pH點，以準確確定PZC。然而，對于未知材料，于由其PZC并不能預(yù)先知道，所以無法預(yù)先設(shè)置最合理的實驗數(shù)據(jù)點分布。所以本文提出的方法更簡便。第三，此法可方便地用于同時含可變

6、電荷與恒電荷的混合膠體表面的凈電荷零點的測定。Zeta電位只能測定剪切面上的凈電荷零點，而且如果一個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得凈電荷零點。電位滴定法不能應(yīng)用于帶恒電荷體系的凈電荷零點的測定。但是，由于本文的測定基于系統(tǒng)中的總平均凝聚速率的測定，所以它不受表面電荷類型的限制。⑵測定赤鐵礦膠體的PZC為7.60。與此同時，我們采用Zeta電位法（傳統(tǒng)方法）驗證了新方法的可靠性。因此，本文

7、提出的動態(tài)光散射技術(shù)測定可變電荷膠體電荷零點的新技術(shù)在原理和方法上是可行的，在測定結(jié)果上是可靠性的。⑶利用動態(tài)光散射技術(shù)，不同濃度的Cl-、Br-和SO42-條件下通過對赤鐵礦膠體凝聚動力學的研究，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