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乳液临界聚沉浓度及其测定方法

胶体与聚合物 2007年第2期25卷 40-41页

作者：吴广峰任群陶悦张会轩长春工业大学

综述了几种常见的临界聚沉浓度(CCC)测试方法及其理论模型。

关键词：临界聚沉浓度 f^v电势静态光散射动态光散射浊度

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长期不同施肥的棕壤胶体凝聚动力学比较

土壤学报 2024年第2期61卷 484-494页

作者：任凯璐左研寇琪张广才张昀汪景宽高晓丹沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866 中国科学院南京土壤研究所南京210008

土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境,对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。依托35年棕壤长期定位... 详细信息

土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境,对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。依托35年棕壤长期定位施肥监测试验站,选取不施肥处理(CK)、施用氮肥(N)、施用有机肥(M)、氮肥与有机肥配合施用(N+M)四种处理的棕壤为研究对象,采用动态光散射技术监测不同施肥处理的棕壤胶体凝聚动力学过程,通过对比分析棕壤有机质含量、表面化学性质和棕壤矿物组成等探究不同施肥处理对棕壤胶体凝聚过程的影响。研究发现:四种长期不同施肥处理的棕壤胶体凝聚特征均表现为在低电解质浓度条件下发生慢速凝聚(RLCA)与高电解质浓度条件下的快速凝聚(DLCA);不同施肥处理胶体在相同电解质体系中的临界聚沉浓度的大小顺序均为M>N+M>CK>N。有机肥的长期施用增加了棕壤有机质含量,从而提高了胶体颗粒表面电场强度,加大了胶体颗粒间的静电斥力,加之有机质组分的空间位阻效应使得胶体的凝聚现象减弱;另一方面,长期不同施肥处理并未改变棕壤黏土矿物组成类型,但对其相对含量产生影响:其中,有机肥的长期施入使2︰1型伊利石的相对含量增加,1︰1型高岭石的相对含量减少,长期施用氮肥使伊利石相对含量减少而高岭石相对含量增加。综上,长期不同施肥处理会改变棕壤胶体的基本理化性质和矿物组成比例关系,进而影响棕壤胶体的凝聚动力学过程。

关键词：长期定位施肥棕壤临界聚沉浓度 X射线衍射光散射

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褐土碳酸钙结核的胶体特性研究

土壤 2022年第5期54卷 1000-1009页

作者：胡宁许晨阳耿增超胡斐南马璐璐西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

碳酸钙是黄土母质发育土壤的重要胶结物质,对土壤团粒结构的形成具有重要作用。本文采集了碳酸盐褐土中的碳酸钙结核,采用物理分散法和化学分散法分别提取得到褐土碳酸钙结核纳米颗粒和褐土碳酸钙结核胶体,并以工业纳米碳酸钙作为对照... 详细信息

碳酸钙是黄土母质发育土壤的重要胶结物质,对土壤团粒结构的形成具有重要作用。本文采集了碳酸盐褐土中的碳酸钙结核,采用物理分散法和化学分散法分别提取得到褐土碳酸钙结核纳米颗粒和褐土碳酸钙结核胶体,并以工业纳米碳酸钙作为对照对其胶体特性进行研究。采用X射线衍射仪、zeta电位仪和动态光散射仪对褐土碳酸钙结核胶体和工业纳米碳酸钙的矿物组成、zeta电位和胶体稳定性进行了表征。结果表明:褐土碳酸钙结核胶体、褐土碳酸钙结核纳米颗粒和工业纳米碳酸钙的初始颗粒直径分别为224.24、88.01和98.50nm,而褐土碳酸钙结核胶体和褐土碳酸钙结核纳米颗粒的多分散度高于工业纳米碳酸钙。褐土碳酸钙结核胶体中方解石含量为70.3%,其次含有石英、长石和伊利石等矿物;褐土碳酸钙结核纳米颗粒主要含有方解石和伊利石,含量分别为48%和45%。3种碳酸钙胶体表面均带负电荷,其zeta电位绝对值均随着溶液pH的增大而增大。褐土碳酸钙结核胶体在NaCl和CaCl_(2)溶液中的临界聚沉浓度分别为538.01mmol/L和2.08mmol/L,褐土碳酸钙结核纳米颗粒在NaCl和CaCl溶液中的临界聚沉浓度为82.18 mmol/L和1.11 mmol/L,而工业纳米碳酸钙的临界聚沉浓度为80.37 mmol/L和1.59 mmol/L。3种碳酸钙胶体的矿物组成差异是引发其凝聚行为差别的内在原因,化学分散剂的表面修饰作用、颗粒直径大小和溶液化学条件也是影响胶体稳定性的重要因素。本文研究结果表明,碳酸钙胶体的可变电荷特性可能是其具有胶结特性的本质原因,其对石灰性土壤团聚体结构的影响还需要进一步深入研究。

关键词：碳酸钙结核表面电荷临界聚沉浓度胶体稳定性

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碳酸钙对褐土纳米颗粒稳定性的影响

碳酸钙对褐土纳米颗粒稳定性的影响

作者：胡宁西北农林科技大学

学位级别：硕士

土壤纳米颗粒作为土壤中粒径最小且最活跃的有机无机复合物,对营养物质、有机污染物和重金属的迁移具有重要影响。由于其多样性和异质性,目前主要关注溶液化学因子对土壤纳米颗粒稳定性的作用,而对颗粒物质组成的影响研究较少。碳酸钙... 详细信息

土壤纳米颗粒作为土壤中粒径最小且最活跃的有机无机复合物,对营养物质、有机污染物和重金属的迁移具有重要影响。由于其多样性和异质性,目前主要关注溶液化学因子对土壤纳米颗粒稳定性的作用,而对颗粒物质组成的影响研究较少。碳酸钙是黄土母质发育土壤的重要胶结物质,在黄土团粒结构形成中扮演重要角色,然而其微观作用机制尚不清楚。本文研究了碳酸钙的胶体特性,对比了具有不同碳酸钙含量的淋溶褐土、普通褐土和碳酸盐褐土纳米颗粒的性质差异,并通过盐酸去除碳酸钙进一步探究了碳酸钙对褐土纳米颗粒凝聚的影响程度,从表面电化学的角度明确了碳酸钙产生胶结作用的原因。主要结果如下:(1)采用物理分散法和化学分散法分别从褐土碳酸钙结核中提取得到褐土碳酸钙结核纳米颗粒和褐土碳酸钙结核胶体,并以工业纳米碳酸钙作为对照对其胶体特性进行研究。采用X射线衍射仪、zeta电位仪和动态光散射仪对褐土碳酸钙结核胶体和工业纳米碳酸钙的矿物组成、zeta电位和胶体稳定性进行表征。结果表明:褐土碳酸钙结核胶体、褐土碳酸钙结核纳米颗粒和工业纳米碳酸钙的初始颗粒直径分别为224.24、88.01和98.50 nm,而褐土碳酸钙结核胶体和褐土碳酸钙结核纳米颗粒的多分散度高于工业纳米碳酸钙。褐土碳酸钙结核胶体中方解石含量为70.3%,其次含有石英、长石和伊利石等矿物;褐土碳酸钙结核纳米颗粒主要含有方解石和伊利石,含量分别为48%和45%。三种碳酸钙胶体表面均带负电荷,其zeta电位绝对值均随着溶液p H的增大而增大。褐土碳酸钙结核胶体在Na Cl和Ca Cl溶液中的临界聚沉浓度值分别为538.01和2.08mmol L,褐土碳酸钙结核纳米颗粒在Na Cl和Ca Cl溶液中的临界聚沉浓度值为82.18和1.11 mmol L,而工业纳米碳酸钙的临界聚沉浓度值为80.37和1.59mmol L。三种碳酸钙胶体的矿物组成差异是引发其凝聚行为差别的首要原因,其次是颗粒直径大小和溶液化学条件。(2)采用超声探针分散结合高速离心法得到了三种褐土纳米颗粒—淋溶褐土纳米颗粒、普通褐土纳米颗粒和碳酸盐褐土纳米颗粒,并对其黏土矿物组成、表面特性和凝聚动力学过程进行分析,并进一步讨论了土壤及土壤纳米颗粒的性质与临界聚沉浓度值的相关性。淋溶褐土纳米颗粒、普通褐土纳米颗粒和碳酸盐褐土纳米颗粒在Na Cl溶液的临界聚沉浓度值为318.69、130.34和46.73mmol L;在Ca Cl溶液中的临界聚沉浓度值为1.71、1.10和0.96 mmol L。土壤纳米颗粒的粒径、比表面积和Hamaker常数的大小依次为淋溶褐土纳米颗粒临界聚沉浓度值则呈相反趋势。土壤Ca CO含量及土壤纳米颗粒的直径、比表面积和zeta电位与临界聚沉浓度值极显著相关。冗余分析表明,土壤Ca CO含量对临界聚沉浓度值的解释率为88.4%,而土壤纳米颗粒比表面积的解释率为98.7%。土壤碳酸钙含量越高,其所含有的纳米颗粒稳定性越差,颗粒越容易产生凝聚。土壤纳米颗粒的组成在控制土壤纳米颗粒稳定性(凝聚和分散)中起重要作用。(3)利用HCl去除普通褐土和碳酸盐褐土中的碳酸钙,并提取得到去碳酸钙-普通褐土纳米颗粒和去碳酸钙-碳酸盐褐土纳米颗粒,将其粒径分布、zeta电位、临界聚沉浓度值、电荷密度与普通褐土纳米颗粒和碳酸盐褐土纳米颗粒进行对比。结果表明,去碳酸钙-普通褐土纳米颗粒和去碳酸钙-碳酸盐褐土纳米颗粒的产量和表面负电荷增多,直径和比表面积减小。去碳酸钙-普通褐土纳米颗粒在Na Cl和Ca Cl溶液中的临界聚沉浓度值比普通褐土纳米颗粒增大1.17和1.21倍;去碳酸钙-碳酸盐褐土纳米颗粒则对应增大2.55和1.38倍,表现出更强的稳定性。去除土壤碳酸钙后,土壤纳米颗粒不容易产生凝聚,这证实了碳酸钙在促进黄土团聚体形成中的作用。基于本研究可得出碳酸钙同黏土矿物和有机质等胶结物质一样具有胶体特性,且发现土壤中碳酸钙含量越高,其所含有的土壤纳米颗粒越容易凝聚,从而促进了土壤团聚体的形成,土壤碳酸钙的去除则提高了土壤纳米颗粒的分散性。研究结果从微观颗粒相互作用角度为干旱半干旱地区土壤碳酸钙的胶结作用提供了证据。

关键词：碳酸钙结核电化学性质胶体稳定性 DLVO理论临界聚沉浓度

有机质去除对黄土纳米颗粒悬浮液稳定性的影响

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土壤学报 2020年第1期57卷 119-129页

作者：王春丽许晨阳赵世伟胡斐南李琪瑞西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

土壤纳米颗粒是有机无机复合体,研究有机质对土壤纳米颗粒体系稳定性的影响具有重要意义。以塿土和褐土纳米颗粒以及去除有机质塿土和去除有机质褐土纳米颗粒为研究对象,分别测定颗粒的粒径分布、zeta电位、临界聚沉浓度(Critical coagu... 详细信息

土壤纳米颗粒是有机无机复合体,研究有机质对土壤纳米颗粒体系稳定性的影响具有重要意义。以塿土和褐土纳米颗粒以及去除有机质塿土和去除有机质褐土纳米颗粒为研究对象,分别测定颗粒的粒径分布、zeta电位、临界聚沉浓度(Critical coagulation concentration,CCC)等指标,利用德查金-朗道-维韦-奥弗比克(Derjauin-Landau-Verwey-Overbeek,DLVO)理论计算颗粒的哈默克(Hamaker)常数和相互作用能。结果表明:塿土和褐土纳米颗粒的平均直径分别为94.00 nm和88.20 nm,去有机质黄土纳米颗粒的平均直径则略高于100 nm;相较于黄土纳米颗粒,去有机质黄土纳米颗粒的zeta电位绝对值降低,颗粒间静电排斥势能降低;DLVO模型拟合得到塿土和褐土纳米颗粒在真空中的哈默克常数分别为6.86×10−20 J和9.73×10−20 J,去有机质处理后相应数值为3.14×10−20 J和3.40×10−20 J,后者范德华引力势能降低;去有机质黄土纳米颗粒间总势能高于黄土纳米颗粒,其CCC更大,稳定分散能力更强。土壤有机质含量越高,有机无机复合程度越高,颗粒越趋向于凝聚,这可能是有机质增强团聚体稳定性的原因之一。

关键词：临界聚沉浓度 zeta电位哈默克常数有机无机复合作用

有机质对三峡库区水体中土壤胶体颗粒凝聚影响机制研究

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水土保持学报 2017年第4期31卷 166-171页

作者：丁武泉何家洪刘新敏胡斐南田锐李航朱华玲重庆文理学院环境材料与修复技术重庆市重点实验室重庆402168 西南大学土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室重庆400716

采用联合测定法和光散射技术分别研究了有机质对土壤颗粒表面电荷性质和水体中胶体颗粒凝聚过程的影响。结果表明:添加有机质能显著改变土壤表面电荷性质,使得土壤颗粒表面电荷数量降低6.8%,比表面积增加12.3%,使颗粒表面电荷密度减小,... 详细信息

采用联合测定法和光散射技术分别研究了有机质对土壤颗粒表面电荷性质和水体中胶体颗粒凝聚过程的影响。结果表明:添加有机质能显著改变土壤表面电荷性质,使得土壤颗粒表面电荷数量降低6.8%,比表面积增加12.3%,使颗粒表面电荷密度减小,表面电位降低;进一步理论计算表明添加有机质降低了胶体颗粒间的静电排斥力,使得净引力增大,胶体颗粒更易发生凝聚。通过动态光散射分析水体中土壤胶体颗粒的凝聚特征,发现有机质去除前后的临界聚沉浓度(CCC)分别为91.6 mmol/L和139.3mmol/L,去除有机质土壤显著大于未去除有机质的土壤,相应浓度下的临界电位值计算结果均为-150mV左右,与颗粒间出现净引力的临界浓度值基本一致。有机质对水体中胶体颗粒凝聚特性的影响主要是通过改变颗粒表面性质使得颗粒间的相互作用发生变化而引起。

关键词：三峡库区有机质净作用力稳定性临界聚沉浓度

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土壤胶体稳定性影响因素

土壤 1996年第6期28卷 290-294页

作者：胡琼英兰叶青薛家骅南京农业大学基础科学学院

本文按土壤矿物组成、有机质、离子价态、溶液ｐＨ、不同ｐＨ条件下的腐殖质，多价聚合阳离子和水流动速度等诸方面，分别概述了它们对土壤胶体稳定性的作用，以及目前研究中尚存在的一些问题。

关键词：土壤胶体分散稳定性临界聚沉浓度

有机质对黄土纳米颗粒悬浮液稳定性的调节作用及机制

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有机质对黄土纳米颗粒悬浮液稳定性的调节作用及机制

作者：王春丽西北农林科技大学

学位级别：硕士

黄土是黄土高原最主要的成土母质,黄土纳米颗粒的凝聚迁移等行为密切影响着土壤营养元素及污染物的运移,对黄土高原地区土壤结构的优良、土壤肥力的高低、以及土壤抗侵蚀能力和保水保肥能力的强弱将会有重大的影响。有机质是黄土发育土... 详细信息

黄土是黄土高原最主要的成土母质,黄土纳米颗粒的凝聚迁移等行为密切影响着土壤营养元素及污染物的运移,对黄土高原地区土壤结构的优良、土壤肥力的高低、以及土壤抗侵蚀能力和保水保肥能力的强弱将会有重大的影响。有机质是黄土发育土壤的重要胶结物质,与土壤团聚体的稳定性直接相关。本文主要研究了有机质的去除与腐殖酸添加对黄土纳米颗粒悬液稳定性的影响,同时对不同环境条件下腐殖酸胶体的凝聚机制进行了系统研究,从土壤电化学的角度系统揭示有机质影响土壤纳米颗粒悬液稳定性的机制。主要结果如下:(1)以富里酸胶体和胡敏酸胶体为研究对象,对比分析二者在K、Na、Ca和Mg电解质溶液中随p H变化的凝聚动力学过程。富里酸和胡敏酸均表现出明显的胶体特性,二者表面含有羟基和羧基等大量官能团,这些官能团的去质子化使得胶体表面均携带大量负电荷。富里酸胶体的zeta电位绝对值大于胡敏酸胶体。两种胶体在四种阳离子溶液中表现出了典型的凝聚行为,即在低电解质溶液中发生慢速凝聚,在高电解质溶液中发生快速凝聚。四种阳离子引发腐殖物质胶体凝聚的CCC值大小顺序为:Ca聚沉能力更强。与胡敏酸胶体相比,富里酸胶体的CCC值更大,这是因为富里酸胶体的表面负电荷数量更多,颗粒之间的静电排斥力更大,则悬液稳定性更强。腐殖物质胶体在一价阳离子和二价阳离子溶液中对环境p H变化的反应不同。在Na和K溶液中,富里酸和胡敏酸胶体随着溶液p H的升高,其CCC值逐渐增大,悬液稳定性逐渐增强。这是因为一价阳离子引发胶体凝聚的能力主要来源于电荷中和作用;随着p H的升高,有机胶体的表面负电荷数量增大,需要更多的阳离子中和表面负电荷,才能引发快速凝聚。在Ca和Mg溶液中,随着p H的升高,其CCC值逐渐降低,悬液稳定性逐渐减弱。二价离子引发有机胶体凝聚的机制除了电荷中和作用,还有高价离子与有机胶体表面羧基产生的桥键作用。随着溶液p H的升高,桥键作用逐渐增强,促进了有机胶体颗粒之间的凝聚行为。研究富里酸和胡敏酸胶体在金属离子溶液中的凝聚行为和机制对自然界水体净化、土壤重金属污染修复和控制有机污染物的环境行为具有重要意义。(2)以塿土和褐土纳米颗粒以及去除有机质塿土和去除有机质褐土纳米颗粒为研究对象,分别测定颗粒的粒径分布、zeta电位、临界聚沉浓度(Critical coagulation concentration,CCC)等指标,利用德查金-朗道-维韦-奥弗比克(Derjauin-Landau-Verwey-Overbeek,DLVO)理论计算颗粒的哈默克(Hamaker)常数和相互作用能。结果表明:塿土和褐土纳米颗粒的平均直径分别为94.00 nm和88.20 nm,去有机质黄土纳米颗粒的平均直径则略高于100 nm;相较于黄土纳米颗粒,去有机质黄土纳米颗粒的zeta电位绝对值降低,颗粒间静电排斥势能降低;DLVO模型拟合得到塿土和褐土纳米颗粒在真空中的哈默克常数分别为6.86×10 J和9.73×10J,去有机质处理后相应数值为3.14×10 J和3.40×10 J,后者范德华引力势能降低;去有机质黄土纳米颗粒间总势能高于黄土纳米颗粒,其CCC更大,稳定分散能力更强。土壤有机质含量越高,有机无机复合程度越高,颗粒越趋向于凝聚,这可能是有机质增强团聚体稳定性的原因之一。(3)以5%富里酸胶体或胡敏酸胶体与黄土纳米颗粒异质凝聚体系为研究对象,对其电化学性质进行表征并且与黄土纳米颗粒的电化学性质进行对比,结果表明:有机胶体的添加使得黄土纳米颗粒的表面负电荷增加。在一价离子Na溶液中,5%富里酸或胡敏酸的加入使得塿土纳米颗粒和褐土纳米颗粒的CCC值变大,悬液稳定性增强,此时有机胶体与黄土纳米颗粒二元体系的异质凝聚过程受到电荷中和作用的支配。在二价离子Ca溶液中,5%富里酸加入使得塿土纳米颗粒和褐土纳米颗粒的CCC值变大,但5%胡敏酸的加入促进了黄土纳米颗粒的凝聚过程。在二价离子体系中,有机胶体和黄土纳米颗粒的异质凝聚过程同时受到电荷中和作用和桥键作用的控制,且胡敏酸与二价离子的桥键作用强于富里酸与二价离子的桥键作用。

关键词：临界聚沉浓度 Zeta电位哈默克常数有机无机复合富里酸胡敏酸

果木枝条生物炭纳米颗粒与土壤胶体的异质凝聚过程与机理

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果木枝条生物炭纳米颗粒与土壤胶体的异质凝聚过程与机理

作者：李琪瑞西北农林科技大学

学位级别：硕士

生物炭由于突出的理化特性而被广泛地应用于土壤改良和环境修复领域。生物炭纳米颗粒进入土壤环境后,将不可避免地与土壤固相颗粒产生相互作用。然而,来源多样和性质各异的生物炭纳米颗粒对土壤胶体电化学性质及其对胶体稳定性的影响尚... 详细信息

生物炭由于突出的理化特性而被广泛地应用于土壤改良和环境修复领域。生物炭纳米颗粒进入土壤环境后,将不可避免地与土壤固相颗粒产生相互作用。然而,来源多样和性质各异的生物炭纳米颗粒对土壤胶体电化学性质及其对胶体稳定性的影响尚不清楚,因此有必要从土壤电化学角度进行深入研究。本文以陕西省常见农林废弃物—果木枝条制备的生物炭作为研究对象,同时以玉米秸秆和花生秸秆生物炭作为对照。首先分析了不同制备方法所得生物炭纳米颗粒的性质差异,进而了研究了物料来源、热解温度和环境条件对生物炭纳米颗粒悬液稳定性的影响。在此基础上,对果木枝条生物炭纳米颗粒和代表性土壤胶体(伊利石和赤铁矿)以及三种地带性土壤所提取纳米颗粒的异质凝聚过程进行了研究,讨论了二元体系质量比和溶液条件对带电颗粒相互作用的影响机理。主要研究结果如下:(1)采用离心法、球磨法、球磨+离心法三种方法制得了果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆生物炭纳米颗粒,并对其产率、粒径分布、比表面积、元素组成、表面官能团类型、zeta电位以及悬液胶体稳定性进行对比。研究发现,球磨+离心法可制备得到能在水中稳定分散的纳米级生物炭颗粒;球磨法制得的生物炭纳米颗粒直径略高于100 nm,但比表面积最大。玉米和花生秸秆生物炭纳米颗粒的产率高于果木枝条生物炭。果木枝条生物炭纳米颗粒的矿物种类丰富,碱性物质含量高。与较高热解温度条件相比,低温热解生成的生物炭纳米颗粒zeta电位绝对值更大,在水溶液中的稳定性更强。(2)以球磨+离心法制备的五种生物炭纳米颗粒为研究对象,讨论了物料来源、热解温度和溶液化学性质对生物炭纳米颗粒悬液稳定性的影响,得到了生物炭纳米颗粒凝聚的临界聚沉浓度值、Hamaker常数及其颗粒相互作用能曲线。结果表明,物料来源是影响生物炭纳米颗粒性质最主要的因素,其次是热解温度。对于相同物料来源的生物炭纳米颗粒,其悬液稳定性随着热解温度的升高而减小,这与zeta电位绝对值的变化规律保持一致。同种物料来源的生物炭纳米颗粒表面官能团类型相同而数量不同,其在不同环境溶液条件下的稳定性可以通过zeta电位绝对值的高低来预测。对于热解温度相同而物料来源不同的生物炭纳米颗粒,在pH=7条件下的NaCl溶液中,其悬液稳定性(CCC数值大小)遵循以下顺序:花生秸秆生物炭纳米颗粒(574.49 mM)>玉米秸秆生物炭纳米颗粒(326.24 mM)>果木枝条生物炭纳米颗粒(83.04 mM)。由于不同物料来源生物炭纳米颗粒的表面官能团类型和数量均不同,因此其悬液稳定性和zeta电位值无明显相关性。(3)以350℃条件下制备得到的果木枝条生物炭纳米颗粒为研究对象,研究了不同溶液性质条件下,其对赤铁矿纳米颗粒和伊利石胶体悬液稳定性的影响。结果表明,土壤矿物胶体自身的表面电化学性质与果木枝条生物炭纳米颗粒的浓度共同影响二元体系的凝聚状态。对于带正电荷的赤铁矿纳米颗粒,其与果木枝条生物炭纳米颗粒的异质凝聚受电荷中和-电荷反转作用的调控。随着果木枝条生物炭纳米颗粒浓度的增加,赤铁矿纳米颗粒的电位绝对值先减小后增大,由正值变为负值,二元体系的稳定性则先减弱再增强。对于带负电荷的伊利石胶体,当pH=6.5时,伊利石胶体边缘带有正电荷,由于电荷中和,果木枝条生物炭纳米颗粒增强了伊利石胶体在NaCl溶液中稳定性。相反,当pH=8.5时,伊利石胶体的边面和基面均带负电荷,由于电荷平均效应,果木枝条生物炭纳米颗粒的存在减弱了伊利石胶体在NaCl溶液中的稳定性。(4)研究了三种地带性土壤纳米颗粒—淋溶褐土纳米颗粒、黑土纳米颗粒和红壤纳米颗粒与350℃条件下制备得到的果木枝条生物炭纳米颗粒组成二元体系的异质凝聚过程。结果表明,黑土纳米颗粒的悬液稳定性随着果木枝条生物炭纳米颗粒添加量的增大先增强后减弱。果木枝条生物炭纳米颗粒能够明显抑制红壤纳米颗粒的凝聚,后者的临界聚沉浓度值随着果木枝条生物炭纳米颗粒浓度的增加而增加。果木枝条生物炭纳米颗粒对淋溶褐土纳米颗粒的稳定性影响不显著。以上分析表明,生物炭纳米颗粒的同质凝聚过程首先受到物料来源的影响,再次是热解温度和溶液条件。生物炭纳米颗粒与土壤矿物胶体/土壤纳米颗粒的异质凝聚过程则受到体系质量分数和二者表面电化学性质的共同控制。本文研究结果为合理评估生物炭在不同类型土壤上广泛施用可能产生的环境效应提供了基础数据和理论参考。

关键词：赤铁矿伊利石同质凝聚异质凝聚 zeta电位临界聚沉浓度