泥沙颗粒表面电荷分布的初步研究-论文.pdf

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1、中国科学：技术科学2012年第42卷第4期：395—401《中国科学》杂志社、^，ww．scichina．comtech．scichina．cornSClENCECHlNAPRESS泥沙颗粒表面电荷分布的初步研究黄磊，方红卫①，陈明洪②①清华大学水利水电工程系，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084②中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083E—mail：huangl05@mails．tsinghua．edu．cn收稿日期：2011-05—09；接受日期：2011-08—24摘要泥沙颗粒

2、表面电荷分布，是研究其与污染物之间吸附和解吸的基础．本文以石英砂颗关键词粒为例，利用扫描探针显微镜(SPM)中的静电力显微镜(EFM)测量技术，用相位成像模式测量泥沙颗粒表面电荷了石英砂颗粒表面的微形貌和电荷分布，并统计了两者间的关系．研究表明，石英砂颗粒表面微形貌形貌复杂，表面形貌对电荷分布影响较大，电荷大多集中在颗粒表面的鞍部、凸起和凹地部位，而在凹槽、凸脊和平坦部位分布较少．上述研究为揭示其吸附机理和进一步研究天然河流泥沙颗粒的相关性质奠定了基础．近年来随着社会经济的快速发展，农业面源与成都粘土及浙江海

3、砂中的石英颗粒进行了扫描电镜工业点源污染导致河流水体污染日趋严重，污染物观察，并对微结构进行分析，以揭示其搬运过程和沉与泥沙颗粒之间存在强烈的物理、化学和生物作用．积环境．任朝华等人研究了氨基磺酸型两性表面活泥沙颗粒表面电荷分布，是研究其与污染物之间吸性剂在石英砂上的吸附，发现吸附具有Langmuir吸附和解吸的基础．目前关于胶体、泥沙等颗粒物表面附等温式的特点，且温度升高会导致平台吸附量显电荷特性对吸附及絮凝影响，国内外学者已经做了著降低．屈撑囤等l6，分别研究了盐类物质和醇类物不少相关研究，这些研究大都借

4、鉴胶体化学里的质对热采添加剂在石英砂表面吸附的影响，得出盐DLVO理论．DLVO理论是描述胶体稳定性的理论，使吸附量增大，醇会使吸附量减小的结论．为了提升它是一种理想模型(假定颗粒是均匀对称的球体、表石英砂吸附能力，研究者用铁盐、锰氧化物等对石面光滑、电荷在表面上均匀分布)，没有考虑颗粒表面英砂表面进行改性处理，王卫文、邹卫华、许光眉等复杂形貌及其表面电荷分布的不均匀性，这会对颗人[8-10]做了相关研究，但都停留在宏观层面，对石英粒表面的电化学作用产生一定的影响．砂颗粒吸附现象的微观机理缺乏深入认识．石英砂

5、，是指含二氧化硅较多的河砂、海砂、山静电力显微镜(EFM)是近十年来在原子力显微砂等，它是重要的工业矿物原料，因其独特的物理、镜(AFM)n¨基础上发展起来的一项微纳米尺度表面化学特性，在航空、航天、电子、机械等行业占有举分析技术．与AFM等同属于扫描探针显微镜(SPM)足轻重的地位．国内外对石英砂的研究多集中在表大家族．该技术可以在微纳米尺度下同时观察样品面微结构分析和吸附特性等方面．刘东生、孙有斌、表面形貌和表面电荷分布等．国内外不少研究者就胡兆国、马克俭等人[1-4]先后对中国黄土、红土壤、各种材料的表

6、面电荷特性进行了研究．如韩立IJ利英文版发表信息：HuangL，FangHW，ChenMH．Experimentonsurfacechargedistributionoffinesediment．SciChinaTechSci，2012，55：l146—1152，d0il0．1oo7／sl1431-011-4730．4黄磊等：泥沙颗粒表面电荷分布的初步研究用静电力显微镜测量了聚酰胺薄膜表面的电荷分布能，该功能排除了表面形貌在电场力测量中的状况，杨吟野等人[13】测量了壳聚糖表面的电荷分布影响．状况．Taboa

7、da—Se~ano等人ll利用原子力显微镜在水EFM电荷测量得到相位图，即压电陶瓷激励器溶液中原位测量了颗粒表面的不同特征点处在不同所加激励信号的相位与实际微探针的振动信号相位的Ph值及铜离子浓度下的力阵列曲线．Yin等人ll5J之问的相位差图像刚．样品表面电荷产生的电场作利用原子力显微镜测量了矿物界面区域表面的电荷用到探针上，引起探针共振相位发生改变，经EFM分布．而目前直接测量泥沙颗粒表面电荷分布的研的信号采集与处理系统转化为图像呈现在屏幕上．究尚未见报道．Magonov等人通过引入有效力常数来解释探针和

8、通过分析长江沿岸各站点泥沙颗粒的矿物成分，样品表面相互作用对探针运动的影响，得出我们发现，其中50％以上的成分是石英．因此，本文△，(1)以石英砂颗粒为例，利用原子力显微镜测量颗粒表K面微形貌，利用静电力显微镜测量其表面电荷分布，其中△表示相位差；a是探针的品质因子；k是探重点分析表面微形貌对电荷分布的影响．在深入理针的力常数；=∑aF,／az，代表作用在探针上所有解石英砂颗粒表面电荷分布基础上，为