固体颗粒在液体介质中的分散体系包括胶体、悬浮液以及溶液，这些液体分散体系在石油化工、涂料、医药、陶瓷、纳米材料等领域拥有非常广泛的应用。但由于温度、固液密度、界面张力、电荷等因素的影响，使得液体分散体系并不稳定，影响最终产品的性能。因此，如何维持液体分散体系的稳定性是人们长久以来的研究热点。Zeta电位作为衡量液体分散体系稳定性的重要参数，了解和认识其原理及影响因素是非常必要的。所以，小编将在本篇为大家详细介绍Zeta电位。

图源：知乎

Zeta电位是什么？

Zeta电位是固-液界面双电层中吸附层与扩散层之间相对滑移面上的电位，是溶液中颗粒之间相互排斥或吸引力强度的度量值，也是反映固体颗粒电动行为的一个重要参数。颗粒表面所带电荷种类、电荷密度以及电荷基团的微小变化都可以从Zeta电位得到反映。通常悬浮在液体介质中的颗粒表面会带有电荷，按照双电层理论模型，带电颗粒的周围将富集溶液中相反的电荷（反离子），其中一部分反离子会与颗粒表面紧密结合，构成紧密吸附层（Stem层）。另外一部分反离子则因静电吸引和热扩散两种相反作用的影响，分布在颗粒周围，构成扩散层。当颗粒运动时，会带动吸附层和部分溶剂分子一起移动，与液体之间形成滑动面，而滑动面与液体内部的电位差称为Zeta电位。

胶体颗粒的双电层结构（图源：文献1）

颗粒表面Zeta电位的大小是表征液体分散体系稳定性的重要参数。当颗粒带有较多负电荷或正电荷时，其颗粒就会具有较高的Zeta电位，颗粒之间表现为排斥力大于吸引力，颗粒倾向于分散，体系比较稳定；当颗粒所带的负电荷或正电荷较少时，其Zeta电位就比较低，颗粒之间表现为排斥力小于吸引力，颗粒间易发生团聚和絮凝沉淀现象，体系稳定性比较差。

影响因素

大量的实验结果表明，Zeta电位不仅受pH值、离子强度、离子类型等因素的影响，还受颗粒粒径、浓度等性质的影响。小编在这里仅介绍了几个影响Zeta电位的主要因素。

1、pH值

固-液界面电荷的形成是由不同的物理化学机制所驱动的，其中表面官能团与水的酸碱反应、水合离子的物理化学性质是主导机制。由于官能团的质子化状态会因pH值的不同而发生变化，从而影响其化学性质和反应活性；水合离子的物理化学性质会因pH值对溶液中离子的电荷状态、水合壳层结构、离子活度、离子对的形成、溶解度、迁移率等因素的影响而发生变化，所以pH值被认为是影响Zeta电位最重要的因素之一。徐晗等通过实验研究pH值对SiC-Si料浆流变性和Zeta电位的影响，发现当SiC-Si的等电点大约在pH=2处，在pH≥8．0时，SiC-Si浆体的Zeta电位绝对值大于30mV，在pH=8.7时，Zeta电位绝对值达到最大值44.7mV。调节pH，可以调整粉料表面的带电特性，使粉料表面电荷分布发生变化。

pH对SiC-Si料浆Zeta电位的影响（图源：文献3）

2、离子强度

Zeta电位是固-液界面双电层中吸附层与扩散层之间相对滑移面上的电位差，它容易随水溶液离子强度的变化而发生变化。当溶液中的离子强度增加时，会有更多的离子围绕在带电颗粒的表面，形成一个双电层。而双电层的厚度会因离子强度的增加而变厚，离子对颗粒表面电荷的屏蔽作用也因此而增大，颗粒表面的有效电荷减少，Zeta电位降低。在很高的离子强度下，Zeta电位可能会趋近于0，此时颗粒易聚集或形成沉淀。Saragi等采用共沉淀法，从分散在各种液体中的亚铁和铁前驱体合成了包覆和未包覆SiO₂的磁性纳米粒子。通过Zeta电位考察了Fe₃O₄纳米粒子的稳定性。分散在乙醇中的Fe₃O₄的Zeta电位值为-0.9mV，而分散在去离子水中的Zeta电位值为-31.1mV，表明Fe₃O₄纳米粒子在去离子水中更稳定。

分散在去离子水和乙醇中的Fe₃O₄纳米粒子的Zeta电位曲线（图源：文献2）

3、添加剂浓度

从Zeta电位与电解质溶液的pH值及离子强度的关系可以看出，Zeta电位与添加剂浓度的依赖关系是非常明确的。除此之外，添加剂的离子电荷性质会影响Zeta电位的方向和大小，如果添加剂的离子与颗粒表面的电荷相同，它们会增加Zeta电位的绝对值；如果相反则会降低绝对值；不同类型的电解质对Zeta电位的影响也会有所不同，多价离子由于拥有更强的电荷中和能力，通常会使Zeta电位更加显著的降低，当添加剂增加到一定浓度时，颗粒可能会失去稳定性发生聚集。王杰等通过实验发现在SiC微粉的去离子水体系中加入分散剂聚乙烯亚胺后，微粉颗粒固-液界面的电荷特性和亲和力会发生改变，带电的固体颗粒表层和反电荷离子的水化作用会被破坏，形成分散剂分子层，分散剂对碳化硅微粉颗粒进行表面改性，降低了微粉颗粒的比表面能，阻碍了固体颗粒的相互凝聚，从而使得SiC微粉在去离子水中的Zeta电位和分散指数均得到不同程度的提升，并且微粉颗粒的分散性能在较低电位点提升得更为明显，呈现出良好的分散状态。

加入分散剂后微分颗粒Zeta电位与分散指数的关系（图源：文献4）

小结

了解Zeta电位的相关工作机理，可以有效提升我们在各个领域对于液体分散体系稳定性的有效监测，从而在工业生产、科学研究中根据监测结果开发、优化出更多更好的配方、产品，对于实际的研究、生产、应用中都有非常重要的意义。

参考文献：

1、张玉华,曾鸿亮,全四龙.基于zeta电位的造纸中段废水处理过程中絮凝剂投加量的优化控制[J].武汉理工大学学报.

2、郭佳林,焦阳,史建公,等.氧化物Zeta电位影响因素研究进展[J].中外能源.

3、徐晗,刘源,徐恩霞,等.分散剂和pH对水基SiC-Si料浆流变性和Zeta电位的影响[J].耐火材料.

4、王杰.zeta电位对水体固体悬浮物微粉絮凝及分散性的研究[J].当代化工.

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