專利名稱：測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法。
背景技術(shù)：
一些礦物特別是層狀礦物，由于其基本晶層各面性質(zhì)的差異，使其顆粒在溶液中各面荷電機(jī)理不同，從而在顆粒表面產(chǎn)生不均勻、甚至不同性質(zhì)的電荷，這類礦物稱為荷電異質(zhì)性礦物。高嶺石、蒙脫石等就是典型的荷電異質(zhì)性礦物，它們被廣泛地應(yīng)用到藝術(shù)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、環(huán)境工程、礦業(yè)工程以及生物工程領(lǐng)域，研究其表面荷電性質(zhì)對(duì)理解這些礦物在各領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)理，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍具有十分重要的意義。荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNrc是指其可變電荷面荷電為零時(shí)的溶液pH值，是荷電異質(zhì)性顆粒一個(gè)重要性質(zhì)。目前對(duì)零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的測(cè)定主要使用的是電位滴定法，該方法需要在較大的PH值范圍內(nèi)安排多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行樣品的滴定和反滴定，并測(cè)定各個(gè)樣品的H+吸附量，再繪圖確定其零
凈質(zhì)子電荷點(diǎn)，操作較為繁瑣，工作量大，樣品消耗多，且為了減少試驗(yàn)量，取點(diǎn)的PH值間隔大，準(zhǔn)確度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種操作較為方便、樣品需求少、測(cè)量精度高的測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行a、測(cè)定并繪制荷電異質(zhì)性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質(zhì)溶液中顆粒表面的 電位與惰性電解質(zhì)溶液PH由10.8到2.0變化的關(guān)系曲線，兩條曲線分別在溶液pH彡4. O和pH彡7. O處各產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)；b、對(duì)所述兩種不同濃度惰性電解質(zhì)溶液中的ζ ^pH關(guān)系曲線在溶液pH彡4. O和pH彡7.0處產(chǎn)生的兩個(gè)交點(diǎn)之間的曲線進(jìn)行回歸分析，建立的回歸模型A(X)和f2 (X)，其回歸系數(shù)R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個(gè)交點(diǎn)處向中心收縮后重新進(jìn)行回歸分析直至所得回歸模型的R2 ^ O. 99 ；C、根據(jù)所得ζ "pH的回歸模型(X)和f2 (X),求函數(shù)F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得極大值所對(duì)應(yīng)的X值即為該荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNrc。本發(fā)明測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法的特點(diǎn)也在于荷電異質(zhì)性顆粒表面的ζ電位與溶液pH值的關(guān)系采用電聲法進(jìn)行測(cè)定。所述顆粒的粒度為lnm_25um。所述惰性電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)為分析純單價(jià)惰性電解質(zhì)，以電導(dǎo)率< I μ S/cm的高純水為溶劑，所惰性電解質(zhì)溶液中的陽離子濃度為O. 001mol/L-0. lmol/L,所述關(guān)系曲線是自溶液的初始pH值開始，通過連續(xù)滴定，按pH間距為O.1連續(xù)測(cè)量顆粒表面的 電位。
荷電異質(zhì)性顆粒在溶液中的總電位是由其永久電荷面的電勢(shì)ζτ和其可變電荷面的電勢(shì)共同疊加產(chǎn)生的，即ζ = ζτ+ζΗ。^為負(fù)值，ζΗ的正負(fù)是由溶液pH值決定的。當(dāng)溶液中電解質(zhì)濃度由C1增加到C2時(shí)(I)由于高濃度電解質(zhì)對(duì)永久電荷面負(fù)電荷的壓縮雙電層作用，使永久電荷面在全PH值范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)固定的電勢(shì)差Λ ζτ>0;
(2)在低pH值情況下，可變電荷面會(huì)質(zhì)子化而荷正電荷，產(chǎn)生正電勢(shì)，但電解質(zhì)會(huì)抑制質(zhì)子化過程，當(dāng)電解質(zhì)濃度由C1增加到C2時(shí)可變電荷面正電勢(shì)會(huì)降低，產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差Δ ζΗ〈0。由Gouy-Chapman理論和Nernst方程分析知，Δ ζ Η,絕對(duì)值隨pH值降低而逐漸增加，當(dāng)其絕對(duì)值達(dá)到Λζτ時(shí)，Λζ=Λζτ+Λ ζΗ=0，兩條曲線產(chǎn)生第一個(gè)交點(diǎn)ciPl。(3)在高PH值情況下，可變電荷面會(huì)去質(zhì)子化而荷負(fù)電荷，產(chǎn)生負(fù)電勢(shì)，而電解質(zhì)對(duì)去質(zhì)子化過程有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，當(dāng)解質(zhì)濃度由C1增加到C2時(shí)可變電荷面負(fù)電勢(shì)會(huì)增加，同樣產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差Λ ζΗ<0,且其絕對(duì)值隨pH值增加而逐漸增加，當(dāng)其絕對(duì)值達(dá)到Λ (1時(shí)，Δ ζ=Δ ζτ+Δ ζΗ=0，兩條曲線產(chǎn)生第二個(gè)交點(diǎn)Cip2。在實(shí)際測(cè)定過程中如果Λ值變化較快，在測(cè)定范圍內(nèi)可清楚看見CippCip2,反之則在測(cè)定pH值范圍內(nèi)可見兩條曲線在某一部位凸起并有向兩端收攏的趨勢(shì)。 由上分析可知，在Cip1和Cip2之間必有一點(diǎn)，荷電異質(zhì)性顆?？勺冸姾擅婕炔毁|(zhì)子化也不去質(zhì)子化,此點(diǎn)即為零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNrc，此時(shí)Λ ζΗ=0, Δ ζ達(dá)到最大值為Δ ζτ因此通過測(cè)定并繪制荷電異質(zhì)性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質(zhì)溶液中其表面的 電位與溶液PH值關(guān)系圖，對(duì)關(guān)系圖中兩個(gè)交點(diǎn)之間的曲線進(jìn)行回歸分析，建立ζ "pH的回歸模型f\(x)和f2(x),函數(shù)F (X) =A (X)-f2 (X)取得極大值所對(duì)應(yīng)的溶液pH值即為該荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)ρΗΡΖΝΡ。。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明采取電聲法測(cè)定顆粒在溶液中的ζ電位隨pH值的變化曲線是對(duì)同一個(gè)樣連續(xù)的滴定和測(cè)量過程，對(duì)同一種惰性電解質(zhì)溶液僅需一份樣品，測(cè)量一次pHPZNrc只需兩份樣品，極大地降低了樣品的使用量；直接通過顆粒表面的ζ電位與溶液pH變化關(guān)系曲線計(jì)算荷電異質(zhì)性顆粒的pHPZNrc，減少了試驗(yàn)環(huán)節(jié)，節(jié)省了時(shí)間，提高了測(cè)定速度；試驗(yàn)步驟的減少，必然減小了操作過程中的誤差，同時(shí)測(cè)量的pH間距可以達(dá)O. 1，必然有利于測(cè)量精度的提聞。


圖1為本發(fā)明實(shí)例中高嶺石顆粒在溶液中ζ電位與溶液pH值關(guān)系曲線圖；圖2為本發(fā)明實(shí)例中回歸模型圖。
具體實(shí)施例方式I、用電導(dǎo)率彡lus/cm的去離子水制備250ml、pH值為10. 8、NaCl濃度分別為O. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、稱取5g所測(cè)礦物顆粒放入已制備好的O. 001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析儀自帶攪拌器充分?jǐn)嚢?。溶液pH值有所降低并逐漸趨于穩(wěn)定后，用0. Olmol/LHCl溶液做pH調(diào)整劑，按pH間隔為0.1連續(xù)測(cè)定礦物顆粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ξ電位，直至ρΗ=2.0 ;3、稱取5g所測(cè)礦物顆粒放入已制備好的O.1mol/LNaCI溶液中，按步驟2相同方法測(cè)定所測(cè)礦物顆粒在O. lmol/L NaCl溶液中，pH為2到10. 8范圍內(nèi)的ζ電位；4、分別繪制所測(cè)礦物顆粒ζ電位與溶液pH值關(guān)系曲線圖。由于NaCl溶液溶液中的Na+為惰性離子，且其對(duì)固定的永久負(fù)電勢(shì)ζτ壓縮作用較弱，所以兩條關(guān)系曲線必然在溶液PH彡4. O和pH彡7. O處各產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)，分別為cipl和cip2 ；5、針對(duì)步驟4所作圖中兩個(gè)交點(diǎn)cipp cip2之間的曲線分別進(jìn)行回歸分析,建立O.1mol/LNaCI,O. OOlmol/LNaCl分別所對(duì)應(yīng)的ζ pH的回歸模型(x)和f2 (x)。若兩個(gè)回歸模型的回歸系數(shù)R2均大于等于0. 99，則進(jìn)行下一步驟；若其中有任一個(gè)回歸系數(shù)R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個(gè)交點(diǎn)處向中心收縮后重新進(jìn)行回歸分析直至所得兩個(gè)回歸模型的R2 ^ 0. 99 ；6、求函數(shù)F (x) =f2 (x) _f\ (x)取得極大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的X值即為所測(cè)礦物顆粒的零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pH
PZNPC°實(shí)施例高嶺石顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的測(cè)定I、用電導(dǎo)率彡1118/011的去離子水制備2501111，？!1值為10.8，NaCl濃度分別為0. 001mol/L、0. lmol/L 的溶液各一份；2、稱取5g高嶺石顆粒放入已制備好的0.001mol/L NaCl溶液中，用ColloidalDynamicsZetaProbe分析儀自帶攪拌器充分?jǐn)嚢琛Ｓ捎诤呻姰愘|(zhì)性顆粒表面的去質(zhì)子化作用，溶液PH值由10. 8開始緩慢降低并逐漸達(dá)到平衡，再用0. 01mol/L HCl溶液做pH調(diào)整劑，按PH間隔為0.1連續(xù)測(cè)定高嶺石顆粒在0. OOlmol/LNaCl溶液中的ζ電位，直至ρΗ=2. O ；3、稱取5g高嶺石顆粒放入已制備好的0.1mol/LNaCI溶液中，按步驟2相同方法測(cè)定高嶺石顆粒在0. lmol/L NaCl溶液中，pH為2到10. 8范圍內(nèi)的ζ電位；4、繪制高嶺石顆粒分別在0.001mol/L和0. lmol/L NaCl溶液中ζ電位與溶液pH值關(guān)系曲線分別為曲線a和曲線b。如圖1所示，兩條關(guān)系曲線分別在pH為4. O和7. 6處各產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)Cip1和Cip2 ；5、對(duì)圖1中兩個(gè)交點(diǎn)ciPl、Cip2之間的曲線a和曲線b分別進(jìn)行回歸分析得回歸曲線A和曲線B，如圖2所示得0. lmol/L NaCl 溶液對(duì)應(yīng)方程(X) =-0. 2551χ3+5. 3229χ2_49· 642χ+86. 331 R2=O. 99900. 001mol/L NaCl 溶液對(duì)應(yīng)方程f2 (X) =-1. 2833χ3+26. 925χ_193· 26χ+381. 52 R2=O. 99926、對(duì)函數(shù)F (X) =f2 (X) -fi (X)求導(dǎo)，當(dāng)F (X)取得極大值時(shí)x=5. 37則高嶺石顆粒的零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNrc=5. 37。所測(cè)結(jié)果與Schroth和Sposito用電位滴定法測(cè)得的高嶺石顆粒pHPZNPC=5. 36 ±0. 02 一致。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行a、測(cè)定并繪制荷電異質(zhì)性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質(zhì)溶液中顆粒表面的ζ電位與惰性電解質(zhì)溶液PH由10. 8到2. O變化的關(guān)系曲線，兩條曲線分別在溶液pH彡4. O和 pH彡7. O處各產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)；b、對(duì)所述兩種不同濃度惰性電解質(zhì)溶液中的ζ^pH關(guān)系曲線在溶液pH彡4. O和 pH彡7.0處產(chǎn)生的兩個(gè)交點(diǎn)之間的曲線進(jìn)行回歸分析，建立的回歸模型A(X)和 f2 (X)，其回歸系數(shù)R2 ^ O. 99 ;如果R2〈0. 99，則將回歸范圍由兩個(gè)交點(diǎn)處向中心收縮后重新進(jìn)行回歸分析直至所得回歸模型的R2 ^ O. 99 ；C、根據(jù)所得ζ "pH的回歸模型(X)和f2 (X),求函數(shù)F (X) =f1 (X) -f2 (X)取得極大值所對(duì)應(yīng)的X值即為該荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNrc。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征在于 荷電異質(zhì)性顆粒表面的 電位與溶液PH值的關(guān)系采用電聲法進(jìn)行測(cè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征在于 所述顆粒的粒度為lnm-25um。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征在于 所述惰性電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)為分析純單價(jià)惰性電解質(zhì)，以電導(dǎo)率< I μ S/cm的高純水為溶劑，所惰性電解質(zhì)溶液中的陽離子濃度為O. 001mol/L-0. lmol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征在于 所述關(guān)系曲線是自溶液的初始PH值開始，通過連續(xù)滴定，按pH間距為O. I連續(xù)測(cè)量顆粒表面的ζ電位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)定荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)的方法，其特征是測(cè)定并繪制荷電異質(zhì)性顆粒在兩種不同濃度的惰性電解質(zhì)溶液中顆粒表面的ζ電位與惰性電解質(zhì)溶液pH的關(guān)系曲線，對(duì)兩條曲線的兩個(gè)交點(diǎn)之間的曲線進(jìn)行回歸分析，建立ζ~pH的回歸模型f1(x)和f2(x)，回歸系數(shù)R2≧0.99；求函數(shù)F(x)=f1(x)-f2(x)取得極大值所對(duì)應(yīng)的x值即為該荷電異質(zhì)性顆粒零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)pHPZNPC。本方法簡(jiǎn)單方便，所需樣品少，易于實(shí)施。
文檔編號(hào)G01N27/42GK102980934SQ20121052358
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者劉令云, 閔凡飛, 陸芳琴, 張明旭, 宋少先, 蔡川川 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)