Zeta 电位的应用

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典型应用

胶体和悬浮液的物理性质在很大程度上取决于颗粒-液体界面的性质和作用范围；水相分散体系对界面处的电性和离子结构尤为敏感。胶体和悬浮液的制备过程及其稳定性均与表征界面特性的双电层结构密切相关。

因此，与体系稳定性有关的信息具有非常重要的意义。需要注意的是，当 “稳定性” 这一术语应用于胶体分散体系时，其含义通常是相对的，并且旨在表示该分散体系随时间变化的抗性。

Zeta电位测量结果与颗粒-液体界面处双电层的本质特征及结构特性直接相关。所以，Zeta电位测定在以下工艺过程中发挥着关键作用：

涵盖涂料、油墨、医药制剂与化妆品、食品加工、钻井泥浆、染料、泡沫材料及农用化学品等工业领域。

典型应用包括陶瓷注浆成型、水泥与石膏制品、砖瓦烧制、造纸涂布及催化剂载体构建等生产过程。

具体包括——表面活性剂去污机理；在粉末润湿中起关键作用的毛细现象；储油岩石油驱替技术；土壤保水保肥机制；表面涂层工艺；矿物浮选分离技术；制糖工艺杂质吸附；溶剂回收系统及电泳涂装技术。

涉及饮用水净化、酒类澄清工艺、污水处置系统、原油乳液破乳技术、污泥脱水处理以及气溶胶与雾霾消散等环保工程。

当稳定性是胶体工艺中的关键因素时，建议引入Zeta电位测量。

几个典型的应用领域有：

微电泳技术是表征细菌、血细胞、病毒等生物体表面特性的关键分析手段。相较于可能破坏生物体结构的化学分析方法，Zeta电位测量具有独特的优势，它能提供生物体最外层区域的信息。这一特性具有重要生物学价值，因生物体表面是许多生物学现象的发生位点。生物材料的主要成分（蛋白质、脂质、多糖、核酸）均表现出特征性的电荷行为，其电荷大小、极性和分布会深刻影响它与其他表面或分子的相互作用。血液组分、组织细胞、血管壁或体液组分的 Zeta 电位变化可能会引发代谢变化或血流特性的改变、细胞或血管壁识别能力变化、细胞聚集体和体液成分的吸附/解吸平衡失调。

黏土主要由片状颗粒构成，当与水接触时，其表面通常带负电荷，而边缘带正电荷。黏土-水体系的物理性质（如沉降速率、过滤性能、膨胀特性、流变粘度、屈服应力及结构强度）对颗粒周围双电层结构特性及颗粒的聚集趋势极为敏感。在涉及胶体稳定性调控或离子吸附机制的研究中，Zeta电位测量能够提供关键信息。高浓度悬浮液的测试结果可与剪切和固结试验的结果相互关联。通过液相添加剂调控黏土悬浮液的力学行为，是土壤处理、石油钻井、陶瓷及其他涉及类黏土材料工艺中的一个重要特点。

为保障良好的通气性与排水性，农业土壤需维持在适度絮凝状态，通常通过钙盐或有机聚电解质等絮凝剂进行处理。养分在土壤中的运动受土壤絮凝程度的影响。在道路与建筑工程领域，通过颗粒表面沉积皂类物质以降低其亲水特性及水敏响应，是实施土壤稳定化处理的重要技术路径。反观水利工程领域，常采用遇水膨胀型黏土材料进行渠道衬砌，通过体积膨胀效应有效控制渗漏损失。

在油井钻探中，钻井泥浆具备三重核心功能：（1）作为冷却剂；（2）清除钻孔中的岩屑；（3）用不透水的滤饼密封井壁。当钻井泥浆处于解絮凝状态时，其泵送性能和密封效果最佳。然而，泥浆也需保持一定刚性以防止循环中断时岩屑沉入井底。通过将泥浆维持在部分絮凝的触变状态，可平衡这对矛盾需求。若泥浆过度固化，可通过添加少量胶溶剂（如聚磷酸盐）实现部分解絮凝，其作用机制在于逆转黏土颗粒边缘正电荷特性来恢复流动性。鉴于黏土颗粒边缘区域面积占比显著低于表面，该调控工艺具有显著经济可行性。

在毛毡陶瓷湿法抄造工艺中，胶体迁移率数据具有重要应用价值。具体工艺流程如下：首先将超细粉体材料与纤维制成水基悬浮液，通过测量调控纤维及颗粒物质的表面电荷特性，使粉体颗粒受静电力作用定向吸附固着于纤维表面。随后絮凝体沉降完成液相脱除，纤维定向排布形成毡体结构，最终获得具有连续三维网络结构的致密坯体。

市政供水的水源通常含有来自土壤渗透、生活污水及工业排放的矿物质与有机污染物。为了便于过滤这些污染物，需投加少量絮凝剂实施预处理。电泳测量在研究这种絮凝过程中起着重要作用。针对工矿废水排放处理，通过添加混凝助剂加速悬浮物沉降是常规工艺。基于Zeta电位测定建立的优化混凝条件（pH值与添加剂配比参数），可有效去除废水中的微粒污染物与有机染料成分。

许多有价值的矿物，如：含有铜、铅、锌、钨等战略金属的矿物，可通过湿法研磨与捕收剂选择性吸附实现与脉石分离。

具体工艺流程如下：通过添加捕收油来增强金属矿石的浮选富集，这些捕收油吸附在富含金属的颗粒上（但不吸附在硅质材料上），使它们更具疏水性。研究表明，捕收剂吸附效率与浮选回收率主要取决于矿物颗粒表面电荷特性（电性及电位强度）。阴离子型捕收油可有效吸附在带正电金属矿石表面，反之亦然。当Zeta电位处于低位时（无论阴/阳离子型），捕收剂吸附量骤减，导致浮选回收率显著降低。

在油水型乳液体系中，带电颗粒间因双电层重叠产生的静电排斥效应是维持乳液稳定的核心机制。当采用离子型乳化剂时，双电层横向斥力会阻碍界面膜致密排列结构的形成。通过以下两种工艺优化可显著抑制膜结构膨胀效应：①构建离子/非离子复合界面膜（如Span与Tween复配体系）；②提升水相电解液浓度（如添加NaCl调控离子强度）。

由于乳液稳定性与界面动电条件存在强关联性，通过对液滴进行电泳迁移率测量可同步评估两个关键性能指标：货架储存稳定性（长期静置抗聚结能力）与冻融循环稳定性（温度变化抗破乳性能）。

在洗涤剂去污机理中，核心在于防止污垢再沉积。再沉积行为受以下双重电位调控：①污垢颗粒Zeta电位的调控（降低颗粒间静电排斥）；②同步改变织物表面Zeta电位（构建纤维-污垢间电荷屏障）。研究表明，有效防止污垢再沉积需同时优化这两个界面电化学参数。

在涂料工业中，微粉体材料的分散度控制具有至关重要的工艺价值。当颜料颗粒的分散不完全时，涂料体系将呈现大颗粒聚集体的物理特性。分散度对以下关键性能指标具有显著影响：

呈色质量：分散度提升可增强亮度与降低雾影

表面光泽：完全分散体系的光泽度可达85-95 GU

流变特性：分散质量与触变指数（Thixotropic Index）呈负相关（R²>0.85）

工艺稳定性：粗分散体系（D90>5μm）易产生青铜化效应，而精细分散（D90<1μm）可完全消除此现象。

通过电泳迁移率测量技术，结合不同配方组成（树脂类型、助剂配伍）、粒径分布及添加剂体系，可精准建立最佳分散特征模型。该模型可指导：①研磨设备选型；②工艺参数优化；③原料价值最大化。

同时，Zeta电位监测对以下工艺环节具有关键控制作用：1、储存稳定性；2、施工性能；

3、成膜干燥。

在金属表面防护领域（以汽车车身为例），电泳沉积涂装技术实现了防腐性能的突破性进展。其核心工艺原理为：将待涂金属工件作为阳极，电泳槽作为阴极构建电化学体系。施加150-350V直流电压后，带负电荷的涂料微粒从固含量约10% 的水性悬浮液中定向迁移，在阳极表面形成厚度18-25μm的致密涂膜（孔隙率<0.5%）。这一过程本质上是基于双电层电荷作用的电泳现象，胶态涂料颗粒在电场驱动下穿过水性电解液定向沉积。通过电泳迁移率测量可优化颜料分散体系，结合环氧树脂、丙烯酸改性剂等基料及BYK-190分散剂等助剂，针对不同电泳涂装需求开发专用配方，有效提升涂层边角覆盖能力（较传统工艺提升300%）及中性盐雾防护性能。

在纸张生产过程中，涂料分散体系会随不同成分的添加而发生流变特性变化。电泳迁移率测量可有效解析单一或复合涂层成分对体系流变行为的影响。研究表明，颗粒表面电荷是比任何单一因素都更强的流变控制参数。

Zeta 电位测量对于理解填料颜料的留着机制以及这些材料的留着程度也具有重要价值，并且有助于优化造纸厂湿部的化学过程，从而改善脱水效果、提高留着率并提升化学药剂的使用效率。

制药行业最棘手的难题之一是如何将药物稳定分散于适宜的悬浮介质中。理想的稳定分散体系需确保药物颗粒完全解絮凝。通过电泳迁移率测量确定最佳分散条件后，方能设计出最有效的胶体稳定分散系统方案。注射和口服药物在水相混悬液中的稳定性会影响剂量要求和保质期。借助电泳测量，还可以研究药物悬浮液的结块趋势。

Zeta电位测量可用于确定多种化学纯化过程的最佳条件。例如，原甘蔗汁中的杂质可通过沉淀某种无机物质来去除，该无机物质能吸附杂质。为最大限度去除这些杂质，需测量确定合适的Zeta电位，并维持最佳条件以实现快速沉降。