pH环境对于不同纯度氧化铝颗粒Zeta电位的影响
关键词:氧化铝、纯度、Zeta电位
氧化铝是一种常见的无机氧化物,其广泛应用于陶瓷、医药、电子、机械等行业。氧化铝的纯度不同,应用的领域也有所差异,例如:99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件。物质的组成不同其表面带电也具有极大差别,包括电性和带电量,而表面带电情况将会影响材料的性能和应用领域。在这个应用中,我们考察了不同纯度的氧化铝材料在不同pH值环境中的Zeta电位。
原理和设备
采用丹东百特仪器有限公司的BeNano 90 Zeta 纳米粒度及 Zeta电位分析仪以及BAT-1自动滴定仪。
电泳光散射技术ELS是利用激光照射在样品溶液或者悬浮液上,检测前向角度的散射光信号。在样品两端施加一个电场,样品中的带电颗粒在电场力的驱动下进行电泳运动。由于颗粒的电泳运动,样品的散射光的频率会产生一个频移,即多普勒频移。利用数学方法处理散射光信号,得到散射光的频率移动,进而得到颗粒的电泳运动速度,即电泳迁移率μ。通过Herry方程,我们把颗粒的电泳迁移率和其Zeta电位ζ联系起来:
其中ε为介电常数,η为溶剂粘度,f(κα)为Henry函数,κ为德拜半径倒数,α代表粒径,κα代表了双电层厚度和颗粒半径的比值。
我们采用丹东百特仪器有限公司的BeNano 90 Zeta 纳米粒度及Zeta电位分析仪进行测试。仪器使用波长671nm,功率50mW激光器作为光源,设置在12度角的APD检测器进行散射光信号采集。采用PALS相位分析光散射技术,可以有效检测低电泳迁移率样品的Zeta电位信息。
样品制备和测试条件
分别将纯度为95%和99%的氧化铝,按照0.2mg/ml配比分散在蒸馏水中,使用50W超声波将其分散3min后得到两份平行样品。通过BeNano 90 Zeta 纳米粒度及Zeta电位分析仪和BAT-1自动滴定仪相配合,以样品分散后的pH环境为起点,使用HCl滴定液向低pH范围滴定,使用NaOH滴定液向高pH范围滴定,测试pH间隔为1,检测pH值设定在2-12之间Zeta电位的变化。
测试结果和讨论
图1.95%氧化铝和99%氧化铝Zeta电位pH滴定结果
物质的Zeta电位由其表面的化学组成和周围的液体环境决定,虽然这两个样品的主要成分都是氧化铝,但是其纯度有所差别,95%的氧化铝含有更多其他组分化学物质。通过图1对于两个不同纯度的氧化铝样品的Zeta电位pH滴定结果可以看到,使用同样的蒸馏水进行超声分散,95%氧化铝样品的初始pH值在10左右,悬浮体系呈现弱碱性,滴定曲线的等电点为7.86;而99%氧化铝的分散后悬浮体系为pH值在7附近的近中性体系,等电点为5.18。由此可以得出对于同一物质而言,其纯度不同,对其Zeta电位的影响是巨大的。
本文作者PROFILE
刘诗玘
百特研发中心副主任
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丹东百特仪器有限公司是中国著名的粒度仪器制造商和粒度测试技术研发基地,是国家高新技术企业、国家专精特新“小巨人”企业、辽宁省软件企业、辽宁省守合同重信誉企业、中国颗粒学会常务理事单位和测试专业委员会副主任单位。主要产品有激光粒度分析仪、纳米粒度及Zeta电位分析仪、显微图像粒度粒形分析仪、粉体特性测试仪和环境空气监测仪等5个系列共34个品种,拥有100多项专利和软件著作权等知识产权。产品不仅销往全国34个省市区,还出口到德国、韩国、美国、俄罗斯、巴西、日本等九十多个国家和地区,在制药、电池材料、化工、磨料、涂料、建材、非金属材料和金属粉的生产、应用和研究领域得到广泛的应用,产品的技术性能和质量居国际先进水平。
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