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youjinsong

金虫 (正式写手)

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[交流] 再次讨论关于四氧化三铁的分散性问题

关于纳米四氧化三铁的分散性问题在这个板块里已经讨论得很多了，其实问题很简单，就是为了降低粒子的G能，而加入一些表面活性剂或是稳定剂就可以了。不清楚的虫子可以去多看看文献。
  其实不加表面活性剂/稳定剂也是可以分散的，见到过有文献报道说四氧化三铁的等电点是6.8左右，故而在酸性条件或是碱性条件下也都能够分散。酸性条件下加的是高氯酸，碱性条件下四甲基氢氧化铵水溶液,就能够分散得很好。
  在这里我就是想讨论一下在无表面活性剂存在的情况下，fe3o4粒子的分散和水溶液PH值关系的问题。其实相信经常用化学共沉淀法合成fe3o4的虫子也有这样的感觉，当加入过量的氨水反应后，通过磁倾析法洗粒子到中性的时候，刚开始粒子很快就被磁铁吸下来了，直接倒掉上清就可以了，可是次数多了以后，粒子反而不容易被磁铁所沉降了，也就是说当PH渐渐减小的过程中，粒子反而分散得更好了。
  同样地，我做过这样的两个试验，如果完全洗到中性后再加适量水，在探头超声的条件下，是可以分散成肉眼不可见的，好几天都不能沉降的粒子的。而另外一个对比试验更能说明问题：反应后不清洗直接在碱性条件下超声，无论怎么超，都不能分散，全是聚在一起的铁渣子。这两个试验也说明PH值和粒子的分散性有很大的关系。
  由于没有表面活性剂/稳定剂的作用，我想粒子如果可以分散，应该和空间位阻、表面张力没有多大的关系。直接的决定因素应该是ZETA电位，按照文献上的解释，fe3o4的等电点接近7，那么酸性条件下或是碱性条件下都可以分散得很好。现在的问题是，为什么在碱性条件下实际做的过程中反而不能分散呢？
  以上只是个人的观点，如果有不对的地方希望不要板砖，更希望高手能够从理论上解释这个现象，这个现象困扰了我好久，好几天都吃不下饭的。

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1楼 2007-11-26 10:53:13

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youjinsong

金虫 (正式写手)

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真的没有人知道么？我在有的中文文献上看到了下面一段话：
当处于酸性水溶液中时，Fe304超细粉可呈现程度不同的分散悬浮状态且分散性随pH位降低而增大，但pH值低于3时，透光度反而升高，且放置一段时间后，透光度更加升高，可能是酸性太强而导致部分Fe304粒子溶解的原因;
当处于中性水溶液中时，Fe304超细粉凝聚沉淀;当处于由加入NH40H而形成的碱性水溶液中时，无论环境pH值如何变化，Fe304超细粉并未呈现出任何程度的分散，而是一直保持凝聚沉淀的状态。金属氧化物超细粉在水中的分散可依赖于粒子表面电荷层的形成。金属氧化物表面原子因具有不饱和的化学键而倾向于由水中离子配位，最易发生的过程是表面轻基化，即表面金属原子以M-OH ( M一金属原子)的形式存在且随着周围环境pH值的变化或倾向与水中的H+结合成为M-OH+而使金属氧化物粒子表面带有正电荷，或倾向于释放出H'转化为MO-而使金属氧化物粒子表面带有负电荷。当金属氧化物粒子表面M-OH结合和释放的H+等量时，金属氧化物粒于表面净电荷为零，此时对应的pH值为等电点。在低于或高于等电点的pH值下，当金属氧化物粒子表面电荷足够大而在粒子间产生足够强的静电排斥时，金属氧化物粒子将成为分散体系。fe3o4的等电点为7 .所以Fe304超细粉在酸性和碱性的水溶液中可由于分别带有净的正电荷和负电荷而呈分散状态。Fe304超细粉在酸性水溶液中出现的分散悬浮显然是由于其表面吸附了大量H+的结果，水溶液中pH值的降低即H+浓度的增大促使H+在粒子表面产生进一步的吸附，所以Fe304超细粉的分散性随之提高。Fe304超细粉在碱性水溶液中的聚沉，表明存在着制约Fe304超细粉表面形成足够净负电荷的因素。有研究发现，在较高的pH值下以NH4OH沉淀金属离子时，NH4+将进入沉淀粒子表面负的电荷层。NH4+在碱性环境中可通过生成碱式盐而紧密吸附于金属氧化物表面。应是这种碱式盐和离子对等的形成，使NH4+在Fe3O4粒子表面产生了紧密吸附而有效地抑制了粒子表面净负电荷的形成，导致了Fe304超细粉在碱性水溶液中的聚沉。
大家觉得是这个道理不?