氧化鋁是一種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)氧化物,其廣泛應(yīng)用于陶瓷、醫(yī)藥、電子、機(jī)械等行業(yè)。氧化鋁的純度不同,應(yīng)用的領(lǐng)域也有所差異,例如:99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料,如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等;95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件。物質(zhì)的組成不同其表面帶電也具有極大差別,包括電性和帶電量,而表面帶電情況將會(huì)影響材料的性能和應(yīng)用領(lǐng)域。在這個(gè)應(yīng)用中,我們考察了不同純度的氧化鋁材料在不同pH值環(huán)境中的Zeta電位。
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原理和設(shè)備
采用丹東百特儀器有限公司的BeNano 90 Zeta 納米粒度及 Zeta電位分析儀以及BAT-1自動(dòng)滴定儀。
電泳光散射技術(shù)ELS是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上,檢測(cè)前向角度的散射光信號(hào)。在樣品兩端施加一個(gè)電場(chǎng),樣品中的帶電顆粒在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行電泳運(yùn)動(dòng)。由于顆粒的電泳運(yùn)動(dòng),樣品的散射光的頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻移,即多普勒頻移。利用數(shù)學(xué)方法處理散射光信號(hào),得到散射光的頻率移動(dòng),進(jìn)而得到顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)速度,即電泳遷移率μ。通過(guò)Herry方程,我們把顆粒的電泳遷移率和其Zeta電位ζ聯(lián)系起來(lái):
其中ε為介電常數(shù),??為溶劑粘度,f(κα)為Henry函數(shù),κ為德拜半徑倒數(shù),α代表粒徑,κα代表了雙電層厚度和顆粒半徑的比值。
我們采用丹東百特儀器有限公司的BeNano 90 Zeta 納米粒度及 Zeta電位分析儀進(jìn)行測(cè)試。儀器使用波長(zhǎng)671 nm,功率50 mW激光器作為光源,設(shè)置在12度角的APD檢測(cè)器進(jìn)行散射光信號(hào)采集。采用PALS相位分析光散射技術(shù),可以有效檢測(cè)低電泳遷移率樣品的Zeta電位信息。
樣品制備和測(cè)試條件
分別將純度為95%和99%的氧化鋁,按照0.2mg/ml配比分散在蒸餾水中,使用50W超聲波將其分散3min后得到兩份平行樣品。通過(guò)BeNano 90 Zeta 納米粒度及 Zeta電位分析儀和BAT-1自動(dòng)滴定儀相配合,以樣品分散后的pH環(huán)境為起點(diǎn),使用HCl滴定液向低pH范圍滴定,使用NaOH滴定液向高pH范圍滴定,測(cè)試pH間隔為1,檢測(cè)pH值設(shè)定在2-12之間Zeta電位的變化。
測(cè)試結(jié)果和討論
圖1.95%氧化鋁和99%氧化鋁Zeta電位pH滴定結(jié)果
物質(zhì)的Zeta電位由其表面的化學(xué)組成和周?chē)囊后w環(huán)境決定,雖然這兩個(gè)樣品的主要成分都是氧化鋁,但是其純度有所差別,95%的氧化鋁含有更多其他組分化學(xué)物質(zhì)。通過(guò)圖1對(duì)于兩個(gè)不同純度的氧化鋁樣品的Zeta電位pH滴定結(jié)果可以看到,使用同樣的蒸餾水進(jìn)行超聲分散,95%氧化鋁樣品的初始pH值在10左右,懸浮體系呈現(xiàn)弱堿性,滴定曲線的等電點(diǎn)為7.86;而99%氧化鋁的分散后懸浮體系為pH值在7附近的近中性體系,等電點(diǎn)為5.18。由此可以得出對(duì)于同一物質(zhì)而言,其純度不同,對(duì)其Zeta電位的影響是巨大的。
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