專利名稱：物質表面性質參數測定的動力學方法
技術領域：
本發明涉及膠體化學、界面化學、化學化工、環境保護和材料科學技術領域，具體涉及一種基于動力學方法的物質表面性質參數測定分析方法。
背景技術：
物質的表面電位、表面電荷總量、表面電荷密度、表面電場強度和比表面積等表面性質不僅在膠體與界面科學、材料科學、生命科學、土壤科學、生態與環境科學等領域的科學研究中有廣泛應用，而且在造紙、水泥、陶瓷、化學機械研磨、煤漿、涂料、化妝品、食品工業、混合分散體系等化學工程領域也有著廣泛的應用，因此，對上述物質表面性質參數的測定顯得尤為重要。
現有技術中，對于物質表面電荷總量的測定，普遍采用指示離子吸附法和電位滴定法，采用離子吸附法，必須首先獲知在H+或0H_的吸附總量中，有多少是參與靜電吸附的， 但由于H+和OH—還參與化學鍵的吸附，無法預知參與靜電吸附的吸附量，因此該方法不能測定一個含有可變電荷的體系在任意PH值、任意電解質濃度和任意溫度下的表面電荷總量； 而電位滴定法不僅不適合于含有永久電荷體系的電荷總量的測定，而且即使是可變電荷體系，其可靠性也一直是個疑問，因此目前還沒有適用于不同條件和不同體系中物質表面電荷總量的通用測定方法。
現有技術中，對物質表面電荷密度進行測定的方法之一是基于如下公式
權利要求
1.物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于包括以下步驟51對待測物表面用含已知濃度的AXn電解質溶液進行An+飽和處理；其中，AXn電解質溶液表示一種電荷數量為η的金屬陽離子的電解質溶液，An+離子表示電荷數量為η的金屬陽離子；52用含已知濃度的BXm電解質的溶液流經待測物表面，使待測物表面的An+離子與Bm+ 離子發生融合置換；其中，BXm電解質溶液表示電荷數量為m的金屬陽離子的電解質溶液，Bm+離子表示電荷數量為m的金屬陽離子；53按設定的間隔時間收集流經待測物表面的流出液；54測定流出液Bm+離子的活度，并計算Bm+離子的濃度；55利用Bm+離子濃度按以下迭代公式計算Bm+離子的累積吸附量
2.根據權利要求1所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S4中計算Bm+離子的濃度采用迭代運算法，具體包括以下步驟541用含已知濃度的BXm電解質的溶液流經待測物表面，使待測物表面的An+離子與Bm+ 離子發生融合置換mS0il-A+nBXm = nSoil-B+mAXn ；獲得同時含有An+，Bm+和X_的溶液，計γγ 算An+離子的濃度與Bm+離子的濃度= (~)CB，Cx = mnCB ；η其中，Ca表示An+離子的濃度，Cb表示Bm+離子的濃度，Cx表示τ離子的濃度，Soil-A表示被An+離子飽和的土壤，Soil-B表示被Bm+離子飽和的土壤；542測定水溶液中Bm+離子的活度，則Bm+離子活度的測定值為％，將該離子活度值作為第一次迭代運算Bm+離子的初始濃度值，即CP = ciB，同樣，An+離子的初始濃度就為
3.根據權利要求1所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S7后還包括以下步驟S8 按以下公式來計算向含有An+離子和Bm+離子的混合電解質的流動液的離子強度I
4.根據權利要求3所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 SlO后還包括以下步驟511:在給定pH條件下用含已知濃度fA(1的AXn電解質的溶液與已知濃度fB(1的BXm電解質的溶液所構成的混合電解質溶液流經待測物表面，使得待測物表面的An+離子與BXm電解質的Bm+離子發生融合置換，并按設定的間隔時間收集流經待測物表面的流出液；512重復第Sl步至第S6步的操作；513利用Bm+離子的累積吸附量Nb (、)數據，設縱坐標為y = [Nb (ti+1) -Nb (t,) ] / (、+「、)以及相對應的橫坐標為χ = Nb (t》+0. 5 [Nb (、+1)-隊(、)]，按橫縱坐標在直角坐標系中位置作出直線圖像，并得出該直線的截距為P，斜率為q。
5.根據權利要求4所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S13后還包括以下步驟514利用步驟S7得到的電荷總量，步驟SlO得到的活度和步驟S13得到的直線的截距 P，斜率q，代入以下公式計算待測物表面上的電位
6.根據權利要求5所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S14后還包括以下步驟S15 利用待測物表面的電位代入下式計算待測物表面電荷密度
7.根據權利要求6所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S15后還包括以下步驟516利用待測物表面的電荷密度代入下式得到待測物表面電場強度
8.根據權利要求7所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S16后還包括以下步驟517利用待測物表面的電荷總量和表面電荷密度代入下式，得到樣品的比表面積σ0 ‘式中，S是待測物比表面積。
9.根據權利要求1至8任意一項所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于還包括以下步驟S18 輸出待測物表面參數測定值。
10.根據權利要求9所述的物質表面性質參數測定的動力學方法，其特征在于在步驟 S18中輸出的待測物表面參數測定值包括待測物表面電位、待測物表面電荷總量、待測物表面電荷密度、待測物表面電場強度和待測物比表面積的測定值。
全文摘要
本發明公開了一種物質表面性質參數測定的動力學方法，通過將待測物經過電解質溶液處理，按設定的間隔時間測量經過反應后的待測液體的活度，并通過檢測系統中動力學數據處理器和表面性質運算模塊進行處理，從而獲得待測液物體的表面性質參數，本發明采用通過離子交換的動力學方法來克服測定過程中反應平衡時間長、平衡不易確定和m值的準確標定不易實現的困難，利用短時間內獲得的動力學數據進行準確預測，從而克服平衡時間長和平衡不易確定的困難，物質表面性質的五個參數測定僅僅需要由動力學數據得到的線性回歸方程的截距和斜率兩個參數就可以計算出來，同時，采用動力學方法后，表面電荷總量可以直接測定。
文檔編號G01R19/08GK102508007SQ20111037896
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者侯捷, 劉新敏, 吳勞生, 朱華玲, 李振輪, 李睿, 李航 申請人:西南大學