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1、46毕 业 论 文 (设 计)论文(设计)题目：单分散SiO2胶体粒子的Zeta电位研究姓 名 吕路路 学 号 10040101028 院 系 化学化工学院 专 业 化学 年 级 2010级 指导教师 郝迷花 郭晓伟 2014年5月8日目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 前言3第2章 文献综述42.1 二氧化硅42.1.1 二氧化硅的性质42.1.2 单分散二氧化硅颗粒的应用52.1.3 二氧化硅材料的研究现状72.2 单分散二氧化硅颗粒的制备方法72.3 课题的研究背景及意义82.4 研究思路及主要内容8第3章 实验部分93.1 主要仪器93.2 主要试剂93.3 试样的制备93.4 测
2、试与表征10第4章 结果与讨论114.1 二氧化硅胶体粒子的形貌分析114.2 pH值对二氧化硅水悬浮液Zeta电位的影响114.3 电解质对二氧化硅粒子Zeta电位的影响124.4 SDBS浓度对二氧化硅粒子Zeta电位的影响14第5章 结论16参考文献17致 谢19新乡学院本科毕业论文(设计)摘 要以正硅酸乙酯和氨水为原料，采用Stober法制备单分散SiO2胶体粒子，利用纳米粒度Zeta电位测定仪测定SiO2胶体粒子的Zeta电位和粒度，研究pH值、电解质及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对SiO2胶体粒子Zeta电位的影响。结果表明，电解质对胶体粒子 Zeta 电位影响的差异较大
3、，不同的离子对胶体粒子Zeta电位的影响也不相同，高价阳离子La3+对Zeta 电位的影响明显要大于低价阳离子Li+。通过pH对Zeta电位值影响的研究，得出二氧化硅胶体粒子的等电点为pH=2。表面活性剂SDBS的加入也使得胶体粒子Zeta电位明显增大，当SDBS的浓度为0.5g/L时，Zeta电位绝对值最大。关键词：单分散；二氧化硅；Zeta电位；稳定性ABSTRACTWith tetraethyl orthosilicate (TEOS) and ethanol as the main raw materials, monodisperse SiO2 colloidal particles
4、 was prepared by Stobers method, and the potential and granularity of the particles was measured by nano particle Zeta potential measurement instrument. The effect of the pH value, electrolyte and surfactant on SiO2 colloidal particle Zeta potential was studied.The results show that the impact of el
5、ectrolyte on colloid particle Zeta potential has a great difference. The influence of high cationic La3+ is more obvious than low cationic Li+. The isoelectric point of silica gel particles is pH=2. The addition of SDBS also makes the colloid particle Zeta potential increase obviously. When its conc
6、entration is 0.5g/L, the absolute value of Zeta potential reaches the maximum.Key words: mono-dispersed; silica; Zeta potential; stability19第1章 前言二氧化硅无机粉体在光、热、电、磁等方面具有奇特性能，得到广泛应用，但在许多生产加工工艺中，均需要粉末均匀且稳定地分散于液相介质中，近年来，由于新型陶瓷、铜版纸以及水性涂料的发展，其中对无机填料的细度和水中分散性要求日益提高，从而迫切要求无机填料能在水中十分均匀地稳定分散，甚至可以认为是工艺成功的关键所在1，
7、但超细粉体比表面积大、表面能高易使粒子相互吸引而具有不稳定的倾向，粒子产生团聚影响其应用效果。而电位的大小是衡量胶体粒子稳定性的重要参数。Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，电位(正或负)越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位(正或负)越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚2。SiO2 悬浮液的稳定性，与其在水中的电动性质密切相关。粉体表面的电位绝对值高，表明粉体表面电荷密度高，颗粒间的排斥力大，粉体易于稳定分散悬浮。电位的主要用途之一就是
8、研究胶体与电解质的相互作用。由于许多胶质是带电的，特别是那些通过离子表面活性剂达到稳定的胶质，它们以复杂的方式与电解质产生作用。与它表面电荷极性相反的电荷离子（抗衡离子）会与之吸附，而同样电荷的离子（共离子）会被排斥。因此，表面附近的离子浓度与溶液中与表面有一定距离的主体浓度是不同的。靠近表面的抗衡离子的积聚屏蔽了表面电荷，因而Zeta电位降低。Zeta电位的测量使我们能够详细了解分散机理，它对静电分散控制至关重要。对于酿造、陶瓷、制药、药品、矿物处理和水处理等各个行业，Zeta电位是极其重要的参数。第2章 文献综述单分散二氧化硅胶体粒子在光学、材料科学、生物学等领域具有广阔的应用前景，因此，
9、制备和研究单分散二氧化硅胶体粒子具有非常重要的科学和应用价值。单分散二氧化硅胶体粒子具有尺寸高度均一、比表面积大、及表面反应能力强等特性，在涂料、吸附分离材料、药物载体、新型精密陶瓷、催化剂、造纸填料、颜料等领域有着广泛的应用3。但超细粉体比表面积大、表面能高易使粒子相互吸引而具有不稳定的倾向，粒子产生团聚影响其应用效果，所以超细粉体的分散技术是超细粉体技术中的关键技术4,5。因此探讨二氧化硅悬浮液体系的稳定性是研究的重点。2010年，王慧云，崔亚男6等对影响胶体粒子Zeta电位的因素作了研究，介绍了表面电导、松弛阻滞效应、介电常数、表面电荷密度、粒子大小及形状等因素对胶体粒子Zeta电位的影
10、响，讨论了经典双电层理论的适用范围。2006年刑颖7采用胶体“电空间稳定机制”，以聚羧酸盐为分散剂，研究了纳米SiO2粉体在水中的分散行为和表面化学特性，讨论了pH值、分散剂种类及用量对体系的悬浮稳定性及流动特性的影响。在最佳pH值和分散剂加入量条件下制备了高固含量、稳定性和分散性好的SiO2浆料。以单分散聚合物微球所构成的胶体晶体为模板，制备有序多孔材料，具有制备工艺简单，所得多孔结构有序性高，孔径可调等优点。2007年8月方俊，王秀峰8等人指出，在合适的条件下，高电荷密度单分散的胶体粒子在其体积分数超过一定值时，静电排斥作用将使其自发形成结晶状的有序结构，在胶体晶体排列过程中，胶体粒子的表
11、面电荷密度越高，胶体粒子间的静电排斥作用也越强，因而越容易组装形成完整有序的胶体晶体结构9。SiO2胶体粒子表面电荷密度较低，在排列过程中，胶体粒子之间容易发生凝聚。因而，如何提高SiO2胶体粒子的表面电荷密度成为研究的重点。利用单分散性二氧化硅胶体粒子自组装特性制备的胶体晶体由于在光、电、磁等领域呈现出优异的性质是目前的研究热点。2.1 二氧化硅2.1.1 二氧化硅的性质二氧化硅的化学式为SiO2。化学性质比较稳定，不溶于水也不跟水反应，是酸性氧化物，为硅酸的酸酐。二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（热浓磷酸除外，浓磷酸在高温下可腐蚀二氧化硅
12、，生成杂多酸）。气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐，用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维、陶瓷等。高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂。二氧化硅粉末是一种质轻无定形的白色非金属材料，其微观结构近似球形，颗粒表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，呈三维链状结构。二氧化硅晶体中，硅原子的4个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上，SiO2是表示组成的最简式，仅是表示二氧
13、化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。二氧化硅是原子晶体，图1是其晶体结构。图1 二氧化硅晶体结构二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的百分之一十二，其存在形式有结晶态和无定形态两种。石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的晶体是通常所说的水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙（含有杂质）。2.1.2 单分散二氧化硅颗粒的应用我国是涂料生产和消费大国，但当前国产涂料普遍存在着性能方面的不足，诸如悬浮稳定性差、触变性差、耐候性差、耐洗刷性差等，致使每年需进口大量高质量的涂料。上海、北京、杭州、宁波等地的一些涂料生产企业敢于创新，
14、成功地实现了纳米二氧化硅在涂料中的应用，这种纳米改性涂料一改以往产品的不足，经检测其主要性能指标除对比率不变外，其余均大幅提高，如外墙涂料的耐洗刷性由原来的一千多次提高到一万多次，人工加速气候老化和人工辐射暴露老化时间由原来的250小时（粉化1级、变色2级）提高到600小时（无粉化，漆膜无变色，色差值4.8），此外涂膜与墙体结合强度大幅提高，涂膜硬度显著增加，表面自洁能力也获得改善。利用二氧化硅透光、粒度小，可以使塑料变得更加致密，在聚苯乙烯塑料薄膜中添加二氧化硅后，不但提高其透明度、强度、韧性，而且防水性能和抗老化性能也明显提高。通过在普通塑料聚氯乙烯中添加少量纳米二氧化硅后生产出的塑钢门窗
15、硬度、光洁度和抗老化性能均大幅提高。利用纳米二氧化硅对普通塑料聚丙烯进行改性，主要技术指标（吸水率、绝缘电阻、压缩残余变形、挠曲强度等）均达到或超过工程塑料尼龙6的性能指标，实现了聚丙烯铁道配件替代尼龙6使用，产品成本大幅下降，其经济效益和社会效益十分显著。用纳米SiO2代替纳米A12O3添加到95瓷里，既可以起到纳米颗粒的作用，同时它又是第二相的颗粒，不但提高陶瓷材料的强度、韧性，而且提了材料的硬度和弹性模量等性能，其效果比添加A12O3更理想。利用纳米SiO2来复合陶瓷基片，不但提高了基片的致密性、韧性和光洁度，而且烧结温度大幅降低。此外，纳米SiO2在陶瓷过滤网、刚玉球等陶瓷产品中应用效果也十分显著。有机颜料虽具有鲜艳的色彩和很强的着色力，但一般耐光、耐热、耐溶剂和耐迁移性能往往不及无机颜料。通过添加纳米SiO2对有机颜料进行表面改性处理，不但使颜（染）料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色调和饱和度等指标也均出现一定程度的提高，性能可与进口高档产品相媲美，极大地拓宽了有机颜（染）料的档次和应用范围。橡胶是一种伸缩性优异的弹性体，但其综合性能并不令人满意，生产橡胶制品过程中通常需在胶料中加入炭黑来提高强度、耐磨性和抗
