【摘要】：我國(guó)南方廣泛分布的紅黃壤含有大量的可變電荷膠體,赤鐵礦是其中重要的可變電荷膠體之一。赤鐵礦膠體是土壤礦質(zhì)膠體的組成部分,其水合氧化物表面構(gòu)成了土壤可變電荷的重要來(lái)源。赤鐵礦膠體表面M-OH具有活躍的表面性質(zhì),與土壤重金屬吸附與解吸、土壤退化和水體面源污染密切相關(guān)。電荷零點(diǎn)(The point of zero charge, PZC)是赤鐵礦膠體表面重要的表面性質(zhì),因赤鐵礦(可變電荷)膠體表面主要是水合氧化物型表面,即M-OH, pH的變化會(huì)引起表面M-OH基團(tuán)與溶液中H+之間的相互作用而產(chǎn)生表面電荷。因此,PZC的大小影響顆粒間相互作用力大小,從而影響赤鐵礦膠體顆粒之間的凝聚。研究表明,常用的測(cè)定可變電荷PZC的方法為電位滴定法和Zeta電位法,兩種方法存在明顯的缺點(diǎn)：第一,電位滴定法測(cè)得的電位值隨pH呈雙曲線(非線性)變化,無(wú)法預(yù)測(cè)未知材料的PZC。第二,Zeta電位只能測(cè)定剪切面上的電位值,且不能測(cè)定可變電荷/恒電荷混合膠體在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度,不能測(cè)定可變電荷/恒電荷混合膠體的PZC值。因此,建立新的PZC測(cè)定方法具有重要的意義。赤鐵礦膠體凝聚不僅受到表面電化學(xué)性質(zhì)的影響,而且受到膠體界面離子濃度和離子種類的影響,表現(xiàn)出膠體凝聚的Hofmeister效應(yīng)。Hofmeister效應(yīng),又稱離子特異性效應(yīng),在大約120年前由Hofmeister在蛋白質(zhì)凝聚的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。近十年來(lái)的研究表明離子特異性效應(yīng)在界面附近扮演重要角色,并深刻影響界面附近微觀效應(yīng)和宏觀過(guò)程。在通常的土壤(pH8)條件下,赤鐵礦帶凈正電荷,其凝聚由溶液中的陰離子引發(fā)。目前,陰離子引發(fā)赤鐵礦膠體凝聚的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究提出了基于動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的PZC測(cè)定新方法。在此基礎(chǔ)上,選取Cl-、Br-、SO42三種陰離子,探究赤鐵礦膠體顆粒相互作用的Hofmeister效應(yīng),�，F(xiàn)將有關(guān)結(jié)果歸納于后：(1)本研究建立了測(cè)定可變電荷膠體電荷零點(diǎn)的新理論和新方法。本文所建立的動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定方法在理論上具有如下優(yōu)勢(shì)：首先,靈敏度和準(zhǔn)確度更高。當(dāng)pH接近PZC時(shí),本法測(cè)定PZC所依賴的總平凝聚速率對(duì)pH變化最敏感。而與傳統(tǒng)的電位滴定法和Zeta電位法相比,其測(cè)定PZC的情況正想反,即電位變化在pH遠(yuǎn)離PZC最敏感,而接近PZC時(shí)最不敏感。其次,測(cè)定更簡(jiǎn)便。本法確定PZC的pH值依賴于總平均凝聚速率隨pH變化的線性關(guān)系,而電位滴定法和Zeta電位法則依賴于電位隨pH變化的非線性關(guān)系。對(duì)于線性關(guān)系而言,測(cè)定中只需要少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)就可準(zhǔn)確確定PZC。但對(duì)于非線性關(guān)系,則必須在pH接近PZC的附近布置較多pH點(diǎn),以準(zhǔn)確確定PZC。然而,對(duì)于未知材料,于由其PZC并不能預(yù)先知道,所以無(wú)法預(yù)先設(shè)置最合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布。所以本文提出的方法更簡(jiǎn)便。第三,此法可方便地用于同時(shí)含可變電荷與恒電荷的混合膠體表面的凈電荷零點(diǎn)的測(cè)定。Zeta電位只能測(cè)定剪切面上的凈電荷零點(diǎn),而且如果一個(gè)混合膠體表面的恒電荷數(shù)量顯著大于可變電荷數(shù)量,采用Zeta電位法根本就不可能測(cè)得凈電荷零點(diǎn)。電位滴定法不能應(yīng)用于帶恒電荷體系的凈電荷零點(diǎn)的測(cè)定。但是,由于本文的測(cè)定基于系統(tǒng)中的總平均凝聚速率的測(cè)定,所以它不受表面電荷類型的限制。(2)測(cè)定赤鐵礦膠體的PZC為7.60。與此同時(shí),我們采用Zeta電位法(傳統(tǒng)方法)驗(yàn)證了新方法的可靠性。因此,本文提出的動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)定可變電荷膠體電荷零點(diǎn)的新技術(shù)在原理和方法上是可行的,在測(cè)定結(jié)果上是可靠性的。(3)利用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù),不同濃度的Cl-、Br-和S042-條件下通過(guò)對(duì)赤鐵礦膠體凝聚動(dòng)力學(xué)的研究,定量表征赤鐵礦膠體凝聚的有效粒徑、臨界聚沉濃度和活化能的陰離子特異性。Cl-、Br-和S042-三種體系赤鐵礦凝聚體粒徑表現(xiàn)為：D(Cl)D(Br)D(SO42-),赤凝聚的臨界聚沉濃度值(Critical Coagulation Concentration, CCC)分別為99.2 mmol L-1、17.7 mmol L-1和0.14mmol L-1,表現(xiàn)為：CCC(Cl-) CCC(Br-) CCC(SO42-)。當(dāng)電解質(zhì)濃度小于臨界聚沉濃度時(shí),三種體系的活化能在表現(xiàn)出：AE(Cl-) △E(Br-) △E(SO42-)。其陰離子特異性順序?yàn)椋篊l-Br-S042-。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S153.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2375665