Zeta電位及其測定方法

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1、Zeta電位及其測定方法Zeta電位(Zetapotential),又叫電動電位或電動電勢(ζ電位或ζ電勢),是指滑動面(ShearPlane)的電位。它是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。目前測量Zeta電位的方法主要有電泳法、電滲法、流動電位法以及超聲波法,其中以電泳法應(yīng)用最廣。Zeta電位的重要意義在于它的數(shù)值與膠態(tài)分散的穩(wěn)定性相關(guān)。Zeta電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強度的度量,分子或分散粒子越小,Zeta電位(正或負(fù))越高,體系越穩(wěn)定,即溶解或分散可以抵抗聚集。反之,Zeta電位(正或負(fù))越低,越傾向于凝結(jié)或凝聚,即吸引力超過了排斥力,分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。

2、Zeta電位與體系穩(wěn)定性之間的大致關(guān)系如下表所示。Zeta電位[mV]膠體穩(wěn)定性0±5,快速凝結(jié)或凝聚±10±30開始變得不穩(wěn)定±30±40穩(wěn)定性一般±40±60較好的穩(wěn)定性超過±61穩(wěn)定性極好1、Zeta電位及Stern模型1.1膠體雙電層理論、膠團結(jié)構(gòu):膠體粒子間的靜電排斥力減少相互碰撞的頻率,使聚結(jié)的機會大大降低,從而增加了相對的穩(wěn)定性。當(dāng)固體與液體接觸時,可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子,也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進入溶液,以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷,在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。對于雙電層的具體結(jié)構(gòu),最早于1879年Helmholz(亥姆霍茲

3、)提出平板型模型;1910年Gouy和1913年Chapmar修正了平板型模型,提出了擴散雙電層模型;后來Stern又提出了Stern模型。1.1.1亥姆霍茲平板型模型亥姆霍茲認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的(即反離子)構(gòu)成平行的兩層,如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為漢固體表面與液體內(nèi)部的總的電位差即等于熱力學(xué)電勢仰,在雙電層內(nèi),熱力學(xué)電勢呈直線下降。在電場作用下,帶電質(zhì)點和溶液中的反離子分別向相反方向運動。該模型過于簡單,由于離子熱運動,不可能形成平板電容器也不能解釋帶電質(zhì)點的表面電勢仰與質(zhì)點運動時固液兩相發(fā)生相對移動時所產(chǎn)生的電勢差—Zeta電勢(電動電勢)的區(qū)別

4、,也不能解釋電解質(zhì)對Zeta電勢的影響等。1.1.2擴散雙電層模型Gouy(古依)和Chapman(查普曼)認(rèn)為,由于正、負(fù)離子靜電吸引和熱運動兩種效應(yīng)的結(jié)果,溶液中的反離子只有一部分緊密地排在固體表面附近,相距約一、二個離子厚度稱為緊密層;另一部分離子按一定的濃度梯度擴散到本體溶液中,離子的分布可用玻茲曼公式表示,稱為擴散層。雙電層由緊密層和擴散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。Gouy一ChaPman理論雖然考慮到了靜電吸引力和熱運動力的平衡,但是它沒有考慮到固體表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。1.1.3Stern模型1924年Stern(斯特恩)對擴散雙電層模型作進一

5、步修正。該模型認(rèn)為溶液一側(cè)的帶電層應(yīng)分為緊密層和擴散層兩部分。他認(rèn)為固體表面因靜電引力和范德華引力而吸引一層反離子,緊貼固體表面形成一個固定的吸附層,這種吸附稱為特性吸附,這一吸附層(固定層)稱為Stern層(見上圖)。Stern層由被吸附離子的大小決定。吸附反離子的中心構(gòu)成的平面稱為Stern面?;瑒用媸潜萐tern面厚的一個曲折曲面,滑動面由Stern層和部分?jǐn)U散層構(gòu)成。由Stern面到溶液中心的電位降稱為Stern電位,而Zeta電位是指由滑動面到溶液中心的電位降。由于離子的溶劑化作用,膠粒在移動時,Stern層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動,所以滑移的切動面要以Ste

6、rn層略右的曲線表示。Stern理論除了從特殊吸附的角度來校正Gouy-Chapman理論外,還考慮到了離子具有一定大小。Gouy-Chapman理論假設(shè)溶液中電解質(zhì)離子為點電荷,它并不占有體積,因此它吸附在固體表面上并不會形成具有一定厚度的吸附層。但事實上離子不但具有一定的體積,而且會形成溶劑化離子,特別是在水溶液中更易形成水化離子。2.Zeta電位的應(yīng)用Zeta電位有著廣泛的用途,如在造紙行業(yè)中,檢測纖維和填料表面的Zeta電位,可以有效的輔助化學(xué)品助劑的添加。另外,Zeta電位的測量使我們能夠詳細(xì)了解分散機理,它對靜電分散控制至關(guān)重要,對于釀造、陶瓷、制藥、藥品、礦物處理

7、和水處理等各個行業(yè),Zeta電位是極其重要的參數(shù)。參考文獻:《幾種典型水溶液分散體系的Zeta電位及其穩(wěn)定性研究》郭麗萍《膜Zeta電位測試技術(shù)研究進展》汪錳安全福

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