粘土─水系统z电位的测定(实验指导)

《粘土─水系统z电位的测定(实验指导)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、材料科学基础实验报告专业班、组学号姓名粘土─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

2、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。图1.热力学电位与z-电位和胶团结构示意图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

3、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。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-

4、电位的大小，从而达到控制工艺过程的目的。微电泳仪测量z-电位的原理如图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。7图2.DPW-1型微电泳仪原理方框图z=3002×伏特（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=IR/L=i/（loA）（2）式中：电阻R=rL/A；A为电泳池测量管截面积

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

6、mV。三．实验器材1.仪器设备⑴JS94H型微电泳仪，1台。⑵托盘天平，1台。⑶玻璃杯，玻璃研钵，温度计，PH试纸等。2.材料⑴氯化钠溶液（0.1N）1瓶；⑵氢氧化钠溶液（0.01N）1瓶；⑶蒸馏水若干；⑷粘土试样1瓶。四．测试步骤1．样品制备7称取0.2g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250ml，再加入氢氧化钠溶液调节ph值为8。2.启动进入js94h子目录，运行子目录中的dh.exe即可启动微电泳仪应用程序。微电泳仪应用程序主界面如图3所示：图3电泳仪应用程序主界面图3.采样操作模块使用说明屏

7、幕左侧的大正方形区域为图像显示区，当摄像机打开时，显示区显示当前摄像机摄入的图像内容。屏幕右侧为采样操作模块的功能菜单，现将菜单各项功能详述如下：⑴温度：显示当前电泳槽环境温度单位：摄氏度℃精度：0.1℃⑵电流：显示当前电泳槽内的电流值单位：毫安mA精度：0.1mA工作时电流一般控制在18mA以下，可通过调节电压来控制⑶电压：可控制当前输出电压值单位：伏特V精度：0.2V调节范围：0～30V步长：0.2V⑷电压切换：可控制当前电极极性切换周期。单位：毫秒ms精度：10ms调节范围：500～1200ms步长：1ms⑸pH值：可输入溶液

8、pH值调节范围：0～14步长：0.1⑹文件名：图像文件和数据交换文件的文件名图像文件名的组成：由所得到的字符串分别自动添加01.bmp，02.bmp，03.bmp，04.bmp组成一组图像文件。⑺启动：据上述第⑶、⑷项所确认的值开始工