黏土泥浆ζ电位的测定

黏土泥浆ζ电位的测定一、目的意义ζ电位是固-液界面电位中的一种，其值的大小与固体表面带电机理、带电量的多少密切相关，直接影响固体微粒的分散特性、胶体物系的稳定性。对于陶瓷泥浆系统而言，ζ电位高时，泥浆的稳定性好，流动性、成型性能也好。本实验的目的：1．了解固体颗粒表面带电原因及固液界面扩散双电层的产生。2．了解扩散双电层理论、热力学电位(ψ电位)及动电电位(ξ电位)的意义。3．掌握通过测定电泳速率来测量黏土一水系统ζ电位的方法。观察黏土胶粒的电泳现象。进一步熟悉ζ电位与黏土一水系统各种性质的关系。二、实验原理在硅酸盐及陶瓷工业中所涉及的泥浆、泥料、料浆等系统均属于黏土一水系统。它是一种多相分散物系，其中黏土为分散相，水为分散介质。黏土颗粒表面摩擦、吸附、电离、同晶取代、表面断键、表面质点位移等原因而带电。带电量多少与发生在固体颗粒和周围介质接触界面上的界面行为、颗粒的分散与团聚等性质密切相关。带电的黏土颗粒分散于液相介质中时，在固液界面上会出现如图1—12（无机非金属材料实验王涛赵淑金编P13）所示的扩散双电层，在扩散层、吸附层和黏土表面产生电位差，形成热力学电位(E电位——黏土表面到扩散层之间的总电位差)和动电电位(ζ电位——吸附层和扩散层之间的电位差)。ζ电位的大小与胶体物系表面带电机理、带电量等诸多性质密切相关，直接影响固体微粒的分散特性、胶体物系的稳定性。对于陶瓷泥浆系统而言，ζ电位高时，泥浆的稳定性好，流动性、成型性能也好。曾经有人(瓦雷尔)研究指出，一种稳定的陶瓷泥浆悬浮液，黏土胶粒的ζ电位必在50μV以上。加入适当浓度的电解质(Na2CO3，Na2SiO3等)时，可使ζ电位达到最高值，若继续提高电解质浓度，由于吸附层内阳离子增多，扩散层变薄，ζ电位降低，此时胶粒间斥力减少，泥浆失去稳定性，并引起聚沉。带电胶粒在直流电场中会发生定向移动，这种现象称为电泳。根据胶粒移动的方向可以判断胶粒带电的正负，根据电泳速度的快慢，可以计算胶体物系的ζ电位的大小。进而通过调整电解质的种类及含量，就可以改变ζ电位的大小，从而达到控制工艺过程的目的。DPW-1型微电泳仪测量ζ电位的原理如图1-13所示。（无机非金属材料实验王涛赵淑金编P13）胶体分散相在直流电场作用下定向迁移。胶粒通过光学放大系统将其运动情况投影到投影屏上。通过测量胶粒泳动一定距离所需要的时间，计算出电泳速率。依据亥姆霍兹(Helmholtz)公式即可计算出ζ电位。24πηυζ=300εE(mV)(3-1)式中η——黏度；ε——介电常数；ν——电泳速率；E——电位梯度（电极两端电压U除以电泳池的长度L)。η和ε是温度的函数，根据欧姆定律：0UIRiELLA(3-2)式中R——电阻，R=ρL/A;A——电泳池测量管截面积；λ0——电导率，λ0=1/ρ；i——通过电泳池测量管的电流，其值可以通过电流表读得的电流值I乘以因子得到，即i=I/f。因此：0IEfA将E代人亥姆霍兹公式得：204300fAI(3-3)令C=3002×4(其值是一个与温度有关的常数，见表1-6)；B=fA(其值是取决于电泳池结构的仪器常数，标于仪器上)，则有：0CBI(mV)(3-4)考虑到C-T(C值-温度)对应关系中物理量单位以及仪器常数中有关单位的限制，上述公式中各物理量的单位分别为：，μms；0，1；C，m-1；ζ，mV。三、实验仪器及用品1．仪器设备(1)DPW-1型微电泳仪(也可用BDL—B型表面电位粒径仪测试)，1台。(2)DDS-Ⅱ型电导率仪，1台。(3)托盘天平，1台。(4)玻璃杯、玻璃研钵、温度计、pH试纸等。2．材料(1)NaCl溶液(0.1mol／L)1瓶。(2)NaOH溶液(0.01mol／L)1瓶。(3)蒸馏水若干。(4)黏土试样1瓶。四、实验步骤1．样品制备称取0．29黏土试样，置于研钵内研磨5min后放入玻璃烧杯内，加入NaCl水溶液至250mL，再加入NaOH溶液调节pH值为8。2．电导率(0)及温度测量接通电导率仪电源。把电极置于盛有胶体溶液的烧杯内，将测量-校正开关置于校正位置，转动调节旋钮使表头指针达到满刻度。然后把测量-校正开关置于测量位置，调节倍率旋钮使表头有明显的读数，电导率值由表头读数乘以倍率而得。测量完毕取出电极置于盛有蒸馏水的烧杯内，关掉电导率仪电源。在测量电导率的同时，将温度计置于胶体溶液内读取温度以查表3-1，得出C值。表3-1不同温度下的C值（分散介质为水溶液）温度T/℃C值温度T/℃C值温度T/℃C值022.991715.043411.04122.341814.723510.87221.701914.423610.70321.112014.133710.54420.542113.863810.39520.002213.563910.24619.492313.334010.09718.982413.09419.952818.502512.85429.815918.052612.62.439.6821017.612712.40449.5511116.792812.18459.4261216.422911.88469.3051316.203011.78479.1851416.053111.48489.0701515.703211.40498.9581615.363311.22508.8503．测量电泳速率(1)清洗电泳池。(2)注入胶体溶液。注入速率应缓慢，避免产生涡流或气泡。若不加电场时胶粒在水平方向有运动，表明电泳池内有气泡。通过反复抽动可消除气泡。(3)测量电泳速率。电压调节至200V左右。按复零开关，选择投影屏中心线附近的胶粒，按正向或反向开关使胶粒对准一根垂直线。按正计开关(此时右端电极为正极)，胶粒运动一个格子(100p．m)后，按反计开关，使胶粒返回出发点。再按正计开关，如此反复，使胶粒在一个格子间往返5次(图1—14)（无机非金属材料实验王涛赵淑金编P15），则胶粒运动距离为10×100um，记录所用时间，计算出电泳速率。重新选择胶粒，重复上述步骤，共测5～6个胶粒，计算平均值。(4)记录电流值。按下正向开关，选择适当的倍率，记录电流值I。(5)记录仪器常数B值。(6)抽出胶体溶液，用蒸馏水清洗电泳池，最后注入蒸馏水保护电极。五、实验结果与分析1．实验数据记录将各种数据进行整理，记录入表3-2中。表3-2实验数据编号C值B值电流值I平均时间/s平均速度/（μm/s)ζ电位/mV胶粒电性12345...2.计算根据实验结果，利用公式0CBI计算ζ电位。