電解質(zhì)濃度對(duì)膠體粒子表面有效電荷的影響*

趙小安 徐升華? 周宏偉 孫祉偉

1) (中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所, 微重力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100190)

2) (中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院, 北京 100049)

膠體粒子的表面有效電荷是決定膠體性質(zhì)的重要物理量, 但溶液環(huán)境(如電解質(zhì)溶液濃度)是否影響其數(shù)值至今尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí), 近年來(lái)的一些研究工作給出了存在爭(zhēng)議的不同結(jié)果和假設(shè).在直接實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面,由于電解質(zhì)離子和膠體表面吸附離子的置換, 粒子表面基團(tuán)的不完全電離和膠體粒子對(duì)離子吸附的共同作用, 使得對(duì)這類粒子在不同溶液環(huán)境下的表面有效電荷的測(cè)量和變化機(jī)理的認(rèn)識(shí)極為困難.針對(duì)該問(wèn)題, 本文測(cè)定了羧基和磺酸基修飾的聚苯乙烯膠體顆粒在不同粒子濃度和HCl 濃度下的電導(dǎo)率, 由于兩種粒子與HCl 電離產(chǎn)生的陽(yáng)離子相同(均為H+), 可根據(jù)電導(dǎo)率?數(shù)密度法(遷移法)得到膠體顆粒表面有效電荷數(shù).通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析, 明確了HCl 濃度以及粒子數(shù)密度對(duì)膠體粒子表面電荷的影響規(guī)律以及表面電荷隨HCl 濃度增大的原因.除此之外, 羧基修飾顆粒比磺酸基修飾顆粒的表面電荷隨HCl 濃度變化更快; 對(duì)于同一HCl 濃度, 磺酸基修飾膠體表面電荷不受粒子數(shù)密度影響, 而羧基修飾膠體顆粒卻與之相關(guān).基于粒子表面電荷的理論模型, 對(duì)這些問(wèn)題都給出了相應(yīng)的解釋.

1 引 言

膠體粒子之間的相互作用是影響膠體諸多性質(zhì)和行為的重要因素, 包括膠體的穩(wěn)定性[1,2]、膠體的無(wú)序有序相變[3,4]等.根據(jù)DLVO (Derjaguin?Landau?Verwey?Overbeek) 理論, 帶電膠體粒子之間存在范德瓦耳斯吸引作用與靜電排斥作用[5?7],而排斥作用可表示為Yukawa 勢(shì)的形式[8,9], 如公式(1)所示, 其中, Ze為粒子表面有效電荷數(shù),ε0和 εr分別是真空介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù), a 為粒子半徑, r 為兩膠體顆粒中心間距.(1)式中的 κ 是徳拜屏蔽常數(shù), 其表達(dá)式如(2)式所示, 其中 φ 為粒子的體積分?jǐn)?shù), v0表示單個(gè)粒子體積(即 4 πa3/3 ),Ms為電解質(zhì)摩爾質(zhì)量, C0為電解質(zhì)濃度.因此帶電膠體的表面帶電特性是決定靜電排斥力大小的重要參量之一.

鑒于表面有效電荷數(shù)的重要性, 在表面有效電荷相關(guān)理論模型、計(jì)算與分析以及測(cè)量方法等方面都有許多研究工作報(bào)道[10?15].然而, 表面有效電荷在測(cè)量和應(yīng)用中仍存在很多問(wèn)題, 例如不同方法獲得的表面有效電荷往往有很大差異, 通過(guò)測(cè)得的膠體晶體彈性模量反推得到的彈性有效電荷, 要比利用電導(dǎo)率?粒子數(shù)密度關(guān)系法直接測(cè)量得到的遷移有效電荷小40%左右[11].近幾年才發(fā)現(xiàn)這一差異主要是由于反推彈性有效電荷的理論未考慮孔隙的影響而導(dǎo)致的, 通過(guò)對(duì)理論的修正, 已經(jīng)使得反推的彈性有效電荷與測(cè)量的結(jié)果有了很好的一致性[16].

表面有效電荷的直接測(cè)量一般都是在不加電解質(zhì)的情況下進(jìn)行, 然而很多實(shí)驗(yàn)體系中都加入了電解質(zhì), 但表面有效電荷的數(shù)值是否隨電解質(zhì)濃度而變化目前仍無(wú)定論.隨著聚集行為及粒子間作用力等方面研究的不斷深入, 近些年來(lái)的一些新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都通過(guò)外加離子會(huì)影響表面有效電荷的方式來(lái)進(jìn)行解釋.Heinen 等[17]針對(duì)加入電解質(zhì)并發(fā)生聚集的體系, 測(cè)量了體系的聚集時(shí)間, 進(jìn)而根據(jù)DLVO 理論, 基于流體動(dòng)力學(xué)作用, 逆推得到膠體表面有效電荷隨電解質(zhì)溶液濃度增大而增大, 并建立了表面有效電荷數(shù)和鹽濃度的關(guān)系式.Gutsche 等[18]通過(guò)光鑷測(cè)量的粒子間相互作用勢(shì)反推了粒子表面有效電荷, 也認(rèn)為電解質(zhì)會(huì)對(duì)表面有效電荷產(chǎn)生影響.但這些結(jié)果都是通過(guò)理論公式反推得到的,缺乏直接的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的支持.

在實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面, 如果加入電解質(zhì)將不可避免地存在電解質(zhì)離子與膠體表面吸附離子的交換, 一般情況下由于難以確定離子的交換量, 從而無(wú)法通過(guò)電導(dǎo)率?粒子數(shù)密度關(guān)系法直接測(cè)量出表面有效電荷.Hessinger 等[15]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入鹽溶液后膠體體系的電導(dǎo)率會(huì)出現(xiàn)異常變化, 他們假定表面有效電荷與電解質(zhì)濃度無(wú)關(guān), 從而認(rèn)為這一現(xiàn)象完全是由于電解質(zhì)溶液電離的陽(yáng)離子與膠體粒子和水電離的H+發(fā)生置換而導(dǎo)致的.但這一假定是否合理仍值得商榷, 實(shí)際上電解質(zhì)的加入會(huì)壓縮雙電層, 這有可能會(huì)減少膠體表面的吸附離子, 從而影響表面有效電荷, 文獻(xiàn)[15]中電導(dǎo)率的異常變化也可能是表面有效電荷發(fā)生變化而導(dǎo)致的.

因此, 為了解決表面電荷是否與離子濃度有關(guān)的爭(zhēng)議, 有必要從實(shí)驗(yàn)上直接測(cè)量不同離子濃度下的表面有效電荷, 以澄清膠體粒子表面有效電荷是否與離子濃度有關(guān), 這對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)表面有效電荷的相關(guān)特性, 以及明確反推表面有效電荷的相關(guān)理論是否合理都有重要意義.電導(dǎo)率法是測(cè)量水中膠體粒子表面有效電荷的常用方法, 但是如果體系中引入其他電解質(zhì), 陽(yáng)離子與H+發(fā)生置換的量和表面有效電荷這兩個(gè)參數(shù)都是待定的, 因而無(wú)法從測(cè)量電導(dǎo)率得到這兩個(gè)參量的值, 這也是Davis等[19?21]引入額外假設(shè)的原因, 但其假設(shè)的合理性難以驗(yàn)證.為了避免陽(yáng)離子與H+發(fā)生置換對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響, 本研究選取HCl 溶液作為電解質(zhì), 使用磺酸基(強(qiáng)酸, H+可完全電離)與羧基(弱酸,H+不能完全電離)修飾的聚苯乙烯膠體顆粒, 因而確保了該分散液體系中H+為唯一陽(yáng)離子, 無(wú)論是否發(fā)生溶液中的陽(yáng)離子與粒子電離的陽(yáng)離子的置換, 都可以從實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電導(dǎo)率得到粒子的表面有效電荷, 從而更可靠地來(lái)確定表面電荷是否與外加離子濃度有關(guān).

基于電導(dǎo)率與粒子表面有效電荷關(guān)系的理論模型, 結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析, 本文較為系統(tǒng)地給出了電解質(zhì)溶液濃度、粒子數(shù)密度以及電荷基團(tuán)對(duì)表面有效電荷的影響規(guī)律和機(jī)制, 對(duì)于澄清表面電荷的影響因素以及在不同參數(shù)條件下表面電荷和相互作用的研究和應(yīng)用都有重要參考價(jià)值.

2 材料與實(shí)驗(yàn)

2.1 聚苯乙烯膠體制備與參數(shù)

為了比較強(qiáng)酸和弱酸修飾膠體粒子的差異, 本文分別使用了羧基修飾和磺酸基修飾的兩種聚苯乙烯膠體粒子進(jìn)行實(shí)驗(yàn).兩種微球均購(gòu)于上海輝質(zhì)生物有限公司, 其粒徑和多分散度如表1 所示.在實(shí)驗(yàn)之前, 對(duì)測(cè)定樣品進(jìn)行過(guò)濾和高速離心處理,通過(guò)重量法測(cè)定固含量, 并利用陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種粒子進(jìn)行30 h 以上去離子處理, 以減少初始雜質(zhì)離子對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響, 再分別制備顆粒體積分?jǐn)?shù)為0.5% (磺酸基修飾PS)和10% (羧基修飾PS)的聚苯乙烯膠體, 以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用.由于樣品表面帶有較高的電荷, 所以可以長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定.另外, 在分析粒子的表面有效電荷時(shí)需要用到粒子的電遷移率, 還使用Zeta 電位分析儀(Zeta?Plus, Brookhaven, USA)測(cè)量了其遷移率, 其結(jié)果列在表1 中.

表1 實(shí)驗(yàn)中所使用的粒子參數(shù)Table 1.Parameters of the particles.

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文使用電導(dǎo)率?數(shù)密度法確定膠體顆粒表面有效電荷.實(shí)驗(yàn)裝置包括數(shù)字電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x(DDS?12A, 上海鵬順科學(xué)儀器有限公司, 上海)、恒溫水浴(Circulator RH25?6A, Labtech International Ltd., United Kingdom)和磁力攪拌器(RCT Basic S25, IKA Word Inc., Germany), 如圖1 所示.本文實(shí)驗(yàn)全程通過(guò)恒溫水浴保持實(shí)驗(yàn)樣品溫度為25 °C.首先加入一定量需測(cè)定濃度的HCl 電解質(zhì)溶液至儲(chǔ)液瓶中, 待電導(dǎo)數(shù)值穩(wěn)定, 再使用移液器(research plus pipette, eppendorf, Germany)分次向儲(chǔ)液瓶中滴入50 μL 配制的待測(cè)膠體(該待測(cè)體系中的HCl 濃度與初始HCl 濃度一致, 從而可保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中HCl 濃度穩(wěn)定).每次添加結(jié)束時(shí), 開(kāi)啟磁力攪拌器把儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)樣品攪拌均勻, 直到電導(dǎo)率儀的數(shù)值不再發(fā)生變化后記錄讀數(shù).針對(duì)不同的HCl 初始濃度, 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn), 可得到一系列不同HCl 濃度及不同膠體粒子數(shù)密度所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率數(shù)據(jù), 以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中, 需控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間盡可能短且電解質(zhì)溶液濃度較低, 以防止膠體顆粒在電解質(zhì)溶液中聚集[21]而影響測(cè)量的精度, 從而可有效保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1.Schematic diagram of experimental equipment.

3 結(jié)果與討論

3.1 理論模型

為了根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電導(dǎo)率計(jì)算表面有效電荷, 需要電導(dǎo)率與電荷之間的關(guān)系式.Delgado 等[22]最先使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算有效電荷數(shù):

其中, λ∞表示無(wú)限稀釋情況下的電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)率; C0為摩爾濃度; σ0為背景電導(dǎo)率(包括水的電離及未知離子); e 為元電荷; μP和 μH+分別表示被測(cè)粒子和H+的電遷移率.

事實(shí)上, 雙電層內(nèi)外部存在離子交換, 并且電荷總量維持穩(wěn)定[23,24], 即電解質(zhì)所電離的陽(yáng)離子與膠體粒子表面的陽(yáng)離子發(fā)生置換, 因此, 將電解質(zhì)電導(dǎo)率用 C0λ∞直接相加并不合理, 而將置換后的離子的遷移率進(jìn)行平均, 可在考慮離子置換的貢獻(xiàn)前提下, 得到有電解質(zhì)存在情況下膠體的電導(dǎo)率[15],如公式(4)所示:

若體系中增加的電解質(zhì)陽(yáng)離子以po+表示, 陰離子以ne—表示, 則公式(4)可展開(kāi)為

由于電解質(zhì)陽(yáng)離子與雙電層內(nèi)部的H+可能發(fā)生置換, 因而 Cpo+(n) 并不等于 Cne-, 但考慮到置換后體系仍為電中性, 因而有

對(duì)于帶負(fù)電的膠體粒子(包括本文所使用的磺酸基修飾和羧基修飾的粒子等), 只有陽(yáng)離子會(huì)出現(xiàn)置換, 因而陰離子濃度和電解質(zhì)濃度相同, 即

將(6)式和(7)式代入(5)式可得

由于離子置換后的 Cpo+(n) 難以測(cè)量, 當(dāng)電解質(zhì)的陽(yáng)離子不是H+時(shí), 利用公式(8)難以得到粒子的表面有效電荷 Ze, 但如果電解質(zhì)的陽(yáng)離子為H+,盡管雙電層內(nèi)外仍發(fā)生H+置換, 但體系中陽(yáng)離子只有H+一種, 這種情況下, 可將公式(8)化簡(jiǎn), 即對(duì)于本文所使用的電解質(zhì)HCl 的情況, 可將公式改寫為

其 中, μH+=36.5×10?8m2/(V·s) ,μCl-=7.1×10?8m2/(V·s).從公式(9)可知, 如果HCl 濃度固定, 則該式右邊的第二項(xiàng)和第三項(xiàng)都為常量, 如果 Ze在該濃度下與粒子數(shù)密度n 無(wú)關(guān), 則 σ ?n 曲線應(yīng)為一條直線.

為了方便考慮HCl 濃度與粒子濃度的比值對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn), 還可將公式(9)變形為單個(gè)粒子引起的電導(dǎo)率變化量(σ — σ0)/n 與單個(gè)粒子對(duì)應(yīng)的電解質(zhì)離子數(shù)NAC0/n 的關(guān)系式:[15]

雖然(10)式是(9)式的變形, 但是在利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表面有效電荷 Ze的過(guò)程中, 其擬合方式是不同的, 因此兩個(gè)公式得到的結(jié)果的對(duì)比可以幫助驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.另外, 該公式綜合考慮了電解質(zhì)濃度和數(shù)密度的耦合關(guān)系的影響, 如果表面有效電荷與粒子數(shù)密度和電解質(zhì)濃度均無(wú)關(guān), 那么對(duì)于不同的電解質(zhì)濃度和粒子數(shù)密度, 所有的點(diǎn)都應(yīng)該落在同一條直線上.因此利用該公式的分析還可以進(jìn)一步明確表面有效電荷是否和離子濃度有關(guān).

基于以上考慮, 后面兩節(jié)將利用(9)式和(10)式來(lái)分析和討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

3.2 電導(dǎo)率與粒子數(shù)密度的關(guān)系

圖2 給出了磺酸基/羧基修飾聚苯乙烯膠體在不同HCL 濃度下的電導(dǎo)率與數(shù)密度的關(guān)系曲線,對(duì)同一HCl 溶液濃度, 磺酸基修飾顆粒的電導(dǎo)率均與粒子數(shù)密度呈線性增長(zhǎng)關(guān)系(圖2(a)), 符合公式(9)關(guān)于表面電荷不隨粒子數(shù)密度發(fā)生變化的假設(shè), 而羧基修飾膠體顆粒的電導(dǎo)率隨粒子數(shù)密度的變化曲線(圖2(b))在某一HCl 溶液濃度下并不完全線性, 數(shù)密度較低時(shí), 電導(dǎo)率增長(zhǎng)較快, 增勢(shì)逐漸減緩, 直到數(shù)密度到達(dá)某一數(shù)值后, 電導(dǎo)率與數(shù)密度才呈線性關(guān)系.

磺酸基修飾膠體粒子直接通過(guò)擬合的線性斜率可準(zhǔn)確得到各HCl 溶液濃度下的表面有效電荷數(shù)值, 如表2 所示, 其結(jié)果表明, 隨著HCl 的濃度增大, 粒子的表面有效電荷也隨之增大, 鹽濃度從2.08 × 10—6mol·L—1增加到6.92 × 10—6mol·L—1,有效電荷的大小增加了約20%.在文獻(xiàn)[16]的聚集實(shí)驗(yàn)中, 聚集速率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反推了粒子的表面電荷, 鹽濃度由0.15 mol·L—1增加至0.6 mol·L—1,表面有效電荷增大了約80%, 有效電荷隨電解質(zhì)濃度增大而增大的趨勢(shì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的.因?yàn)榫奂瘜?shí)驗(yàn)中的電解質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本文實(shí)驗(yàn)中的濃度, 所以其增大的比例也更大.

羧基修飾聚苯乙烯膠體顆粒電導(dǎo)率與數(shù)密度的非線性關(guān)系, 使得直接利用曲線的擬合斜率來(lái)求表面有效電荷數(shù)的方法并不恰當(dāng), 只能利用公式(9)對(duì)羧基修飾膠體顆粒在各數(shù)密度點(diǎn)的斜率進(jìn)行計(jì)算, 來(lái)得到不同粒子數(shù)密度下的表面電荷, 其結(jié)果如圖3 所示, 初期有效電荷數(shù)較大, 隨膠體數(shù)密度的增大逐漸降低, 并最終穩(wěn)定.表3 為不同電解質(zhì)濃度下穩(wěn)定后的表面有效電荷, 即本文所采用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

圖2 (a)磺酸基和(b)羧基修飾聚苯乙烯膠體的電導(dǎo)率?數(shù)密度關(guān)系曲線Fig.2.Conductivity of (a) sulfonic acid and (b) carboxyl?modified polystyrene as function of the number density.

表2 磺酸基修飾聚苯乙烯膠體顆粒的σ?n 曲線斜率以及表面有效電荷數(shù)Table 2.The slope of σ?n curve and the surface ef?fective charge of sulfonic acid?modified polystyrene.

圖3 羧基修飾聚苯乙烯膠體顆粒的表面有效電荷Fig.3.Surface effect charge of carboxyl?modified polystyrene.

表3 羧基修飾聚苯乙烯膠體顆粒表面有效電荷數(shù)Table 3.The surface effective charge of carboxyl?modified polystyrene.

圖4 磺酸基(a)和羧基(b)修飾聚苯乙烯粒子示意圖Fig.4.Schematic diagram of the particles with sulfonic acid groups (a) and carboxyl groups (b).

磺酸基修飾與羧基修飾粒子的電導(dǎo)率與數(shù)密度關(guān)系曲線的不同表現(xiàn)是因?yàn)榛撬峄鶠閺?qiáng)酸(圖4(a)), 一般認(rèn)為其H+完全電離, 事實(shí)上雙電層內(nèi)仍有部分反離子同膠核一起運(yùn)動(dòng), 故分析電荷要比有效電荷(與游離的H+有關(guān))大[16,25].根據(jù)雙電層厚度1/ κ (公式(2)), 電解質(zhì)的加入使得雙電層厚度被壓縮[26?28], 使原本處于緊密層中隨膠核一起運(yùn)動(dòng)的H+被部分地排擠出來(lái), 變成可以自由移動(dòng)的H+, 使有效電荷隨電解質(zhì)濃度增大而增大.而羧基為弱酸, 弱酸本身無(wú)法完全電離(圖4(b)),加入電解質(zhì)后, 電解質(zhì)壓縮雙電層, H+從雙電層內(nèi)部擴(kuò)散到外部, 內(nèi)部H+濃度減小促進(jìn)羧基電離[29].粒子濃度增大時(shí), 外部H+濃度隨之增大, 阻止H+從雙電層內(nèi)部向外擴(kuò)散, 抑制羧基電離.隨著粒子數(shù)密度增大, 電導(dǎo)率?數(shù)密度的斜率降低, 到一定程度后達(dá)到穩(wěn)定, 電導(dǎo)率?數(shù)密度曲線變?yōu)榫€性.

通過(guò)擬合聚苯乙烯膠體顆粒表面有效電荷數(shù)與HCl 溶液濃度(圖5), 在低濃度鹽的情況下, 磺酸基與羧基修飾膠體顆粒的表面有效電荷隨HCL 溶液濃度的變化近似線性增長(zhǎng).

圖5 磺酸基(a), 羧基(b)修飾聚苯乙烯粒子的表面有效電荷數(shù)Fig.5.The surface effective charge of sulfonic acid?modi?fied (a) and carboxyl?modified (b) colloidal particles.

3.3 單個(gè)粒子引起的電導(dǎo)率變化量與單個(gè)粒子對(duì)應(yīng)的電解質(zhì)離子濃度關(guān)系

根據(jù)公式(10), 理論上的斜率為 e (μCl-+μH+) ,數(shù)值是6.98 × 10—26S·m2; 截距為針對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 根據(jù)公式(10)擬合的結(jié)果如圖6所示, 進(jìn)而得到不同電解質(zhì)濃度下的直線斜率、截距以及從截距獲得的表面有效電荷(表4 和表5).理論斜率和實(shí)驗(yàn)斜率比較接近, 通過(guò)公式(9)和公式(10)分別求得的顆粒表面有效電荷數(shù)也非常接近, 通過(guò)對(duì)比表2 和表4, 得到磺酸基修飾的顆粒的Ze和平均誤差為0.64%; 通過(guò)表3 和表5 得到的羧基修飾顆粒的Ze和平均誤差為5.32%.由此可見(jiàn), 將粒子數(shù)密度與HCl 溶液濃度納入表面電荷求解方程考慮范圍內(nèi)是合理且有效的.除此之外, 不同HCl 溶液濃度的曲線盡管很接近, 實(shí)際并不重合, 圖6 也表現(xiàn)了這一偏移是有明確傾向性的, 并且各線的偏移差最大分別達(dá)到了22.22%(磺酸基修飾)和52.24%(羧基修飾).對(duì)于本文選取的低濃度電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō), 該差異還是很明顯的, 表明聚苯乙烯帶電粒子的表面有效電荷隨HCl 溶液濃度增大, 與3.1 節(jié)的結(jié)論一致.此外, 羧基修飾顆粒相比磺酸基修飾顆粒表面電荷的增幅更大, 是因?yàn)轸然鶠槿跛峄鶊F(tuán), 尚未完全電離, 所以雙電層內(nèi)H+的減少促進(jìn)了羧基電離, 使得有效電荷增大的較磺酸基修飾的顆粒多.

圖6 磺酸基(a), 羧基(b)修飾聚苯乙烯膠體顆粒關(guān)于單個(gè)粒子引起的電導(dǎo)率變化量(σ-σ0)/n 與單個(gè)粒子對(duì)應(yīng)的電解質(zhì)離子濃度NAC0/n 關(guān)系曲線Fig.6.Conductivity contribution per particle (σ-σ0)/n as a function of the number concentration of small ions per particle NAC0/n performed on sulfonic acid?modified (a)and carboxyl?modified (b) polystyrene colloidal particles.

表4 磺酸基修飾聚苯乙烯顆粒的有效電荷Table 4.The surface effective charge of sulfonic acid?modified polystyrene.

表4 磺酸基修飾聚苯乙烯顆粒的有效電荷Table 4.The surface effective charge of sulfonic acid?modified polystyrene.

C0/(10—6 mol·L—1)Slope/(10—26 S·m2)Intercept/(10—20 S·m2) Z?e 2.08 6.94 2.16 312297 3.46 6.93 2.31 333420 5.53 6.91 2.50 362225 6.92 6.92 2.64 382204

表5 羧基修飾聚苯乙烯顆粒的有效電荷Table 5.The surface effective charge of carboxyl?modified polystyrene.

表5 羧基修飾聚苯乙烯顆粒的有效電荷Table 5.The surface effective charge of carboxyl?modified polystyrene.

C0/(10—6 mol·L—1)Slope/(10—26 S·m2)Intercept/(10—22 S·m2) Z?e 2.08 6.50 3.12 5199 3.46 6.67 3.62 5766 5.53 6.73 3.90 6208 6.92 6.82 4.75 7397

4 結(jié) 論

本文闡述的研究工作是針對(duì)體系中電解質(zhì)濃度等因素是否影響膠體粒子表面電荷的爭(zhēng)議性問(wèn)題而開(kāi)展的.選用羧基和磺酸基修飾的聚苯乙烯粒子的膠體體系, 根據(jù)電導(dǎo)率?數(shù)密度法(遷移法)測(cè)量膠體在不同HCl 濃度下的電導(dǎo)率, 總結(jié)和分析電導(dǎo)率隨膠體顆粒數(shù)密度和HCl 溶液濃度變化的規(guī)律和原因.本文研究結(jié)果表明, 修飾基團(tuán)的酸性強(qiáng)弱不同, 顆粒數(shù)密度和鹽濃度造成膠體顆粒電離平衡也不同, 兩種粒子表面有效電荷數(shù)均存在隨HCl 溶液濃度的升高而增大的趨勢(shì), 且弱酸修飾顆粒較強(qiáng)酸修飾顆粒表面電荷增多的更快.另外, 羧基修飾膠體顆粒表面有效電荷數(shù)隨粒子數(shù)密度的增大而減小并趨于定值, 而磺酸基修飾膠體顆粒表面有效電荷數(shù)不隨粒子數(shù)密度變化.