零電荷點

零電荷點是指固體表面的ζ電勢為零的點，起到決定電位離子的濃度的作用。

基本介紹

• 中文名：零電荷點
• 外文名：point of zero charge
• 縮寫：PZC
• 定義：固體表面的ζ電勢為零的點
• 學科：化學

概念

當溶液中決定電位離子的濃度為某一特定值時，固體表面上的淨電荷等於零，兩相(固/液)之間由自由電荷引起的電位差也為零，此時溶液中決定電位離子的濃度稱為零電荷點(PZC)。

與其密切相關的另一物理量是等電點(PIC)，它指的是固體表面的ζ電勢為零的情形。

在沒有特性吸附離子存在時，等電點與零電荷點的數值相同。

納米級TiO_2微膠粒的穩定性及其零電荷點

研究背景

低pH值時，因質子被吸附到吸附層而使其帶正電荷；高pH值時，質子從-OH基團中釋放，故而帶負電荷。這也就是說，二氧化鈦微膠粒表面上的電荷，在某一確定的pH值時，其電荷數值可以為零，這一點叫做零電荷點簡稱為PZC。

圖1 滴定曲線

PZC是這類氧化物微膠粒最重要的特徵之一，因為它是氧化物表面與水溶液介質相互作用的量度，對此許多學者進行過詳細的研究。

納米級二氧化鈦微膠粒的零電荷點測定與討論

（1）電位滴定法測PZC

取一定量(10mL，0.0097 mol/L)的納米級二氧化鈦溶膠於小燒杯中，在轉子攪拌下用0.05465 mol/L的NaOH滴定，由酸度計測試滴加不同體積的Na0H時，溶膠的pH值，結果見圖1。測得溶膠的零電荷點為pH⁰=6.30。文獻值為6.0-6.7，測試結果與文獻值吻合。

圖 2 吸光值隨NaOH體積變化曲線

（2）吸光值法測定 PZC

取若干試管分別加入0.0097 mol/ L的二氧化鈦溶膠10 mL，各加入不同體積0.05465 mol/L的NaOH溶液，搖勻在600 nm處測定其吸光值，結果見圖2。圖中出現最大吸光值點對應的Na0H體積，和圖1中，pH⁰點對應的Na0H體積相等，所以二種測試結果一致。

研究結果

從測試結果可知，當達到 pH⁰點時(圖 2)有一個最大值，這個在 600 nm 處的最大吸收，沒有電子躍遷的干擾。完全是由於溶膠凝聚形成大微粒對光的散射所造成。pH⁰點溶膠凝聚程度最大；pH⁰點前，當加入NaOH 7.5mL時溶膠開始凝聚，pH⁰點後，當加入NaOH 12.0mL時，二氧化鈦溶膠不再凝聚。但是，此時溶膠的表面帶負電荷。這一結果不僅證實了二氧化鈦溶膠在不同p H值下，存在電離平衡。也為對於製備納米二氧化鈦/雲母複合材料時，如何選擇二氧化鈦微膠粒穩定存在的條件，提供了可靠的依據。

硅藻土零電荷點及吸附行為分析

研究背景

硅藻土是一種生物成因的含結晶水非晶體二氧化矽的蛋白石，主要由硅藻(一種單細胞的水生藻類)殘骸和軟泥在水底沉積，經自然環境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物。硅藻土具有比表面積大、孔隙率高、吸附性強、質輕，堅固、隔熱、耐磨、耐酸等特性。硅藻土殼體有大量的、有序排列的微孔，另外，硅藻土表面及孔內表面分布有大量的矽羥基( Si －OH)，在水中部分解離為≡Si－O－和H⁺，因此硅藻土表面帶有負電荷(稱吸附質子電荷或可變電荷)，在水溶液中可用於吸附金屬離子、有機化合物、高分子聚合物等。硅藻土的吸附性能與其表面電性質是密切相關的，而零電荷點是礦物或粘土顆粒表面電性質的特徵常數，不會因分散相中電解質的不同而改變。零電荷點(point of zero charge，PZC)是指在一定溫度、壓力和介質組成條件下，當顆粒表面電荷密度為零時介質的pH值。電勢滴定(potentiometrictitration)、質量滴定(mass titration)和惰性電解質滴定(inert electrolyte titration)等方法是研究礦物或粘土顆粒零電荷點PZC的常用方法。

零電荷點的測定

（1）電勢滴定法

圖3是樣品的電勢滴定曲線，不同電解質濃度的電勢滴定曲線間有一個公共交點(common intersection point， CIP)，對應的pH值為2.04，即樣品的零電荷點(pH_PZC)。說明表面帶有負電荷的精硅藻土其零電荷點與支持電解質濃度無關。

圖3 不同電解質濃度下樣品的電勢滴定曲線

（2）質量滴定法

質量滴定法的原理：當固體顆粒樣品加入到pH值不等於樣品的 pH_PZC 值的溶液中時，因顆粒表面對 H⁺或OH^-的吸附而將改變體系的pH值；當液體介質的pH值高於pH_PZC值時，由於顆粒表面對OH^-的淨吸附而使pH值降低，反之，則因顆粒表面對 H⁺的淨吸附而使 pH 值升高。因此，懸浮體的 pH 值將隨固含量的增加而向 pH_PZC 值移動，當固含量達到一定值之後，體系的 pH 值將與pH_PZC值相等，隨後體系的 pH 值與固含量無關。即在質量滴定曲線上將有一平台，對應的 pH 值為固體顆粒的 pHPZC 值。圖4是 KNO₃ 濃度為 0.01mol·L^-1，初始 pH 值不同時樣品硅藻土的質量滴定曲線，可見隨固含量的增加，各曲線對應的pH值逐漸趨於一個平台，其範圍為1.99～2.05。

圖4 pH值不同時樣品硅藻土的質量滴定曲線

（3）惰性電解質滴定法

惰性電解質滴定法的原理是向懸浮體中加惰性電解質會改變體系的 pH 值，使其移向 pH_PZC值;當 pH 值小於 pH_PZC 值時，加惰性電解質會增加顆粒表面對 H⁺的淨吸附而使 pH 值升高；反之，當pH 值大於 pH_PZC 值時，加惰性電解質會增加顆粒表面對 OH^-的淨吸附而使 pH 值降低；當體系的pH 值等於 pH_PZC 值時，pH 值不再變化，即在惰性電解質滴定曲線上ΔpH =0所對應的pH值即為固體樣品的 pH_PZC 值。圖5是硅藻土樣品的惰性電解質滴定曲線，ΔpH =0所對應的 pH 值(即pH_PZC值) 在左右。

圖5 硅藻土樣品的惰性電解質滴定曲線

研究結論

對提純的硅藻土進行 SEM 形貌表征和半定量分析，得出提純後硅藻土比表面積和其中的SiO₂含量顯著增大，而其他雜質的含量降低。通過電勢滴定、質量滴定和惰性電解質滴定3種方法測定了提純硅藻土的零電荷點(pH_PZC)，表明表面帶有負電荷的硅藻土存在與支持電解質濃度無關的零電荷點，且從對應的數據可以看出，電勢滴定和質量滴定的結果相近，而惰性電解質滴定法測得的結果偏高。將固相支撐的液體吸收劑用於對乙烯氣體的化學吸收，結果表明，當持液量為0.4時對乙烯氣體的吸收達到最大。