水是生命之源，萬物之母,，生存之本,！

地球上70%-75%被水資源覆蓋，但海水占總儲量的97.3％,，而淡水僅占2.7%,，可見可飲用的水資源匱乏,，不僅需要節(jié)約用水，也得減少水污染,，從源頭保護,，才是重中之重。

水處理目標是改變水質(zhì),，去除水中不需要的顆粒,，加入物質(zhì)調(diào)節(jié)水的pH值或電導率等參數(shù)。它是一個凈化廢水并返回水循環(huán)的過程,。

廢水包含需要去除的顆粒污染物,。每個顆粒有電荷分布在它的表面，或負或正或者是兩者的混合,。Zeta電位反映懸浮液中顆粒表面電荷的大小,，同樣是膠體懸浮液穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標。Zeta電位值越大,，顆粒間靜電排斥力越強,，懸浮液存在越穩(wěn)定。經(jīng)驗顯示值大于30mV通常表明好的膠體懸浮液穩(wěn)定性,。

圖1 懸浮液穩(wěn)定性和zeta電位關(guān)系

     相反,，zeta電位值小于30mV被認為是不穩(wěn)定膠體。這種情況下,，靜電排斥力弱,，一位置顆粒間吸引力可能超過排斥力，顆?？赡軋F聚,。

廢水中負電荷顆粒的一種典型物質(zhì)是膨潤土，一種片狀納米顆粒結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽黏土,。廢水處理工廠通常使用的一種凝結(jié)劑是硫酸鋁或者叫明礬,，一種陽離子添加劑化學式為Al2(SO4)3•14H2O。在這篇應(yīng)用報告中,，我們通過DLS和ELS測試研究了明礬添加劑對膨潤土納米黏土懸浮液的作用。

實驗

膨潤土樣品通過分散0.01g的膨潤土黏土粉末于10mL去離子水中制備,，超聲15分鐘來分散顆粒,。添加不同濃度的明礬，手搖幾分鐘進行混合,。

安東帕Litesizer™ 500用于測試,。Zeta電位用歐米茄樣品池在25℃下測試，電壓和回合數(shù)由儀器自動選擇,。對于粒徑測試,，1mL的樣品被轉(zhuǎn)移到一次性樣品池中,。角度、濾光和聚焦位置自動確定,。每個樣品進行連續(xù)三次測試,。

結(jié)果與討論

首先研究不包含添加劑（0ppm明礬）的膨潤土樣品。結(jié)果顯示一個單峰的粒徑分布（圖2,，上圖）,，峰值是547nm，多分散指數(shù)是16.2%,。Zeta電位是-34.2mV表明膠體懸浮液穩(wěn)定,。

圖2 沒有添加劑的膨潤土：粒徑（上圖）和zeta電位分布（下圖）

加入0.01ppm的明礬后，粒徑分布顯示兩個不同的峰,，向更大粒徑偏移和多分散指數(shù)增加（圖3上圖）,。然而，加入明礬沒有影響懸浮液的zeta電位,，與未添加的膨潤土保持一致（圖2,、3的下圖）。

圖3 加入0.01ppm明礬的膨潤土：粒徑（上圖）和zeta電位（下圖）分布

實驗繼續(xù)在膨潤土中加入更大量的明礬,。如圖4所示,，當明礬添加到10ppm時粒徑緩慢增加到1000nm。然而,，直到明礬增加到10ppm添加對懸浮液的zeta電位沒有指示性作用仍然穩(wěn)定（-30mV左右）,。這表明膠體仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)，與我們對樣品可見的觀察一致,。

圖4  添加明礬到0.1%膨潤土的zeta電位（紅色）和粒徑（灰色）測試,。結(jié)果用三次連續(xù)測試平均值±標準偏差表示。

然而,，當100ppm明礬加入到膨潤土時,，觀察到樣品行為重大的改變（圖4）。當zeta電位值開始變小,，粒徑飆升至3000nm,，清楚表明膠體穩(wěn)定性下降和絮凝過程開始。在明礬加入到200ppm時,，zeta電位值接近于0,，表明達到等電點（圖4和圖5）。有意思的是,，明礬從100ppm增加到200ppm,，粒徑?jīng)]有繼續(xù)增加仍然是3000nm，表明明礬100ppm時絮凝已經(jīng)完成,。

圖5 加入200ppm明礬的膨潤土：粒徑（上圖）和zeta電位（下圖）分布

值得注意的是,，連續(xù)測量的透光率數(shù)值確認了100ppm和200ppm膨潤土樣品（圖6紫線和藍線）中大團聚的形成,。事實上，對于這些樣品,，我們觀察到在重復系列dei一和第三次之間,，透光率數(shù)值劇烈的增加。這清楚表明在測試過程中團聚沉淀于歐米伽樣品池,，導致激光路徑上樣品渾濁度的逐漸降低,。這與膨潤土中添加明礬到10ppm所做的透光率測試形成強烈對比，透光率數(shù)值在重復系列過程中保持穩(wěn)定-正如一個穩(wěn)定膠體懸浮液的預期（圖6,，灰色,、紅色和綠色線）。

有趣的是,，雖然明礬從100ppm增加到200ppm粒徑?jīng)]有進一步增大,，三次運行測試后添加200ppm明礬的膨潤土透光率大于100ppm添加的膨潤土（75%對28%）。這表明前者樣品沉淀快于后者,，這是工廠通過沉淀進行廢水處理的重要性指標,。

圖6 DLS重復系列記錄的透光率數(shù)值，純膨潤土（灰色）,、添加1ppm明礬（紅色）,，10ppm（綠色），100ppm（紫色）和200ppm（藍色）,。時間間隔：dei一次到第二次：380秒,；第二次到第三次：200秒。

結(jié)論

使用安東帕Litesizer™ 500監(jiān)測zeta電位和粒徑,，我們能夠確定需要什么凝結(jié)劑濃度讓0.1%膨潤土膠體懸浮液不穩(wěn)定,。我們觀察到需要100ppm的明礬凝結(jié)劑來實現(xiàn)絮凝，正如zeta電位值的下降同時粒徑急劇增大驗證,。雖然增加明礬到200ppm不會進一步增大粒徑峰值,，透光率測試表明樣品比100ppm明礬沉淀更快-對廢水處理去除顆粒物有重要意義。

通過建立濃度系列,，安東帕Litesizer™ 500使用者能夠輕松調(diào)整給定顆粒濃度廢水的凝結(jié)劑劑量,。凝結(jié)劑zei佳劑量可以同時由zeta電位和粒徑測試確定。而且,，同時記錄的透光率能夠給出額外的樣品行為有用信息