粘土──水系统电动电位的测定07

1、 粘土 水系统 z - 电位测定一目的意义z - 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，z - 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、表面电位大小与颗粒分散特性、胶体物系稳定性之间的关系。2. 了解粘土粒子的荷电性，观察粘土胶粒的电泳现象。3. 掌握通过测定电泳速率来测量粘土 水系统 z - 电位的方法，进一步熟悉 z - 电位与粘土 水系统各种性质的关系。二基本原理在硅酸盐工业中经常遇到泥浆、泥料系统。泥浆与泥料均属于粘土 水系

2、统。它是一种多相分散物系，其中粘土为分散相，水为分散介质。由于粘土颗粒表面带有电荷，在适量电解质作用下，泥浆具有胶体溶液的稳定特性。但因泥浆粒度分布范围很宽，就构成了粘土 水系统胶体化学性质的复杂性。固体颗粒表面由于摩擦、吸附、电离、同晶取代、表面断键、表面质点位移等原因而带电。带电量的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。带电的固体颗粒分散于液相介质中时，在固液界面上会出现扩散双电层，有可能形成胶体物系，而 z - 电位的大小与胶体物系的诸多性质密切相关。固体颗粒表面的带电机理、表面电位的形成机理及控制等是现代材料科学关注的焦点之一。图14-1.

3、 热力学电位与 z - 电位和胶团结构示意图根据胶体溶液的扩散双电层理论，胶团结构由中心的胶核与外围的吸附层和扩散层构成。胶核表面与分散介质（即本体溶液）的电位差为热力学电位E 。吸附层表面与分散介质之间的电位差即 z - 电位，见图14-1。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 z - 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 z - 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 z - 电位的原理如图14-2所示。胶体分散相在直流电场作用下定向迁移。胶粒通过光

4、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。依据赫姆霍茨方程即可计算出 z - 电位。图14-2. DPW-1型微电泳仪原理方框图z = 3002 × 伏特 （14-1）式中，h为粘度，e为介电常数，它们都是温度的函数。v是电泳速率。E是电位梯度（其值等于电极两端电压U除以电泳池的长度L ）。根据欧姆定律：E = U / L = I R / L = i /（lo A） （14-2）式中：电阻R = rL / A ， A为电泳池测量管截面积；lo = 1 / r为电导率；i为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

5、1 / f得到，即i = I / f。因此，E = I /（ f lo A）将E代入赫姆霍茨方程得：z =（3002 × 4 p h / e）×（f A）× v lo / I （14-3）令 C = 3002×4 p h / e （其值是一个与温度有关的常数，见表14-1 ）； B = f A （其值是取决于电泳池结构的仪器常数，标于仪器上），则有：z = C v lo B / I 毫伏 （14-4）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：v mm / s ； lo W-1cm-1 ； z

6、 mV 。用DDS-型电导率仪测试胶体溶液的电导率。BDL-B型表面电位粒径仪实验原理如上主要由光学放大、精密机械、电子电路、双管脉冲池组成。电子电路采用集成块，记录数据由数码管自动显示，操作快速简洁。三实验器材1. 仪器设备 BDL-B型表面电位粒径仪测试1台 托盘天平1台 玻璃杯，玻璃研钵，温度计，PH试纸等2. 材料 氯化钠溶液（0.1N）1瓶； 氢氧化钠溶液（0.01N）1瓶； 蒸馏水若干； 粘土试样1瓶。四测试步骤1样品制备称取0.2 g粘土试样，置于研钵内研磨5 分钟后放入玻璃烧杯内，加入氯化钠水溶液至250 ml，再加入氢氧化钠溶液调节ph值为8 。2电导率（lo）及温度测量（注

7、意：用BDL-B型不用测电导率，C值也由BDL-B自动给出，不用查表）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14-1，得出C值。表14-1 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01234567891011121314151622. 9922.3421.7021.1120.5

8、420.0019.4918.9818.5018.0517.6116.7916.4216.2016.0515.7015.36171819202122232425262728293031323315. 0414.7214.4214.1313.8613.5613.3313.0912.8512.6212.4012.1811.8811.7811.4811.4011.22343536373839404142434445464711.0410.8710.7010.5410.3910.2410.09 9.93 9.829.68 9.55 9.43 9.31 9.193. 测量电泳速率DPW-1型微电泳仪测量步

9、骤（1） 清洗电泳池。（2） 注入胶体溶液注入时应缓慢，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。图14-3. 胶粒在投影屏上往返运动示意图（3） 测量电泳速率电压调节至200 V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（100 mm）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（见图14-3所示）。则胶粒运动距离为10×100 mm，记录所用时间，计算出电泳速度。重新选择胶粒，重复上述步骤，共测

10、56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。BDL-B型表面电位粒径仪测量步骤（1）按电源开关，预热仪器半小时（2）把温度计放在胶体溶液中测试温度，该温度即为仪器输入温度（3）同时按09键调电压，电压一般为50V（4）按M键，仪器复零（5）同时按93键，出现C，输入第二步所测温度，再按M保存温度值（6）从监视器屏幕上检查电泳槽内胶体颗粒没有飘移时即可开始测试（7）选择一个粒子，按正向或反向键，使粒子移到屏幕中央的格子线上（8）按正计键使粒子移动一格，然后按反计

11、键使粒子返回一格（9）选择十个粒子，重复上述7、8操作（一组粒子左右移动的时间误差必须在10%以内，否则要重新选择粒子）（10）按一下反计，测试完毕。最后同时按M1键，打印出实验结果（11）实验完毕，用蒸馏水将毛细管中的胶体溶液抽洗干净，经老师检查合格后方可离开五数据处理DPW-1型微电泳仪数据处理将各种数据进行整理，记录入表14-2中。根据实验结果，用（14 4）式计算 z - 电位。表142 实验数据表胶粒编号C值B值电流值I平均时间S平均速度z- 电位mV胶粒电性12345BDL-B型表面电位粒径仪数据处理（会自动给出结果）粒子 时间t1 5.32 4.93 4.74 4.35 4.56 4.17 4.98 4.69 4.310 4.2 T=4.554