1、124粘土 水系统 - 电位测定一目的意义 - 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， - 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 - 电位的方法，进一步熟悉 - 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 水系统。它是一种
2、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 - 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
3、，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 - 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 - 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 - 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 - 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。胶粒通过光学放大系统将其运动情况投图 14-1. 热力学电位与 - 电位和胶团结构示意图
4、125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 - 电位。 = 3002 伏特 （14-1 ）Ev4式中，为粘度，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 /（ o A） （14-2 ）式中：电阻 R = L / A ， A 为电泳池测量管截面积； o = 1 / 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 =
5、 I /（ f o A）将 E 代入赫姆霍茨方程得： =（300 2 4 / ）（f A） v o / I （14-3 ）令 C = 30024 / （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： = C v o 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 m / s ； o -1cm -1 ； mV 。用 DDS-型电导率仪测试胶体溶液的电导率。图 14-2. DPW-1 型微电泳仪原理方框图126BDL-B 型
6、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（ o）及温度测量（注意：用 BDL-B 型不用测电
7、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）1273.测量电泳速率DPW-1 型微电泳仪测量步骤（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
8、向有运动，表明电泳池内有气泡。通过反复抽动可消除气泡。（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 m）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 10100 m，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 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
9、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温度 T（） C 值 温度 T（） C 值 温度 T（） C 值01234567891011121314151622.9922.3421.7021.1120.5420.0019.4918.9818.5018.0517.6116.7916.4216.2016.0515.7015.36171819202122232425262728293031323315.0414.7214.4214.1313.8613.5613.3313
10、.0912.8512.6212.4012.1811.8811.7811.4811.4011.22343536373839404142434445464711.0410.8710.7010.5410.3910.2410.099.939.829.689.559.439.319.19图 14-3. 胶粒在投影屏上往返运动示意图128（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
11、上（8）按正计键使粒子移动一格，然后按反计键使粒子返回一格（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 - 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 - 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 4.2T=4.5549 = -21.957mv c=25V=50.248 L=80.003 u=17.562129说明：t-计时平均值 s c-样品温度/ -电动电位/mvV-电极两端所加电压 /v L-电泳池长度/ m u-电泳速度 m/s思 考 题1. 影响电泳速率的因素有哪些 ？2. 影响 - 电位的因素有哪些 ？3. 粘土带什么电荷？它会带相反的电荷吗 ？为什么 ？
