動態(tài)光散射技術測定土壤膠體Hamaker常數的研究.pdf

1、土壤中的礦質膠體，有機膠體和有機無機復合膠體，大小均集中在幾十到幾千個納米的介觀尺度范圍內。它們是土壤具有肥力和生態(tài)功能的物質基礎，土壤膠體顆粒間的相互作用深刻地影響著土壤中絕大多數微觀過程和宏觀現象的發(fā)生。土壤膠體顆粒間的相互作用遵循帶電膠體顆粒表面的雙電層理論和 DLVO理論，根據 DLVO理論，帶電膠體顆粒相互作用是范德華引力和靜電斥力共同作用的結果。范德華引力是膠體顆粒相互作用中的重要支配力，因此研究范德華引力在土壤膠體顆粒相互

2、作用中的強度與方式有利于深入了解土壤顆粒凝聚與分散的機制。范德華引力Pvdw(λ)（atm）可以通過下式計算，(此處公式省略)
　　其中Aef(J)為有效Hamaker常數，λ為顆粒間距離。Hamaker常數是表征范德華引力的一個關鍵參數，因此，只要知道了 Hamaker常數，范德華引力強度就可以進行理論計算。所以，在研究土壤顆粒相互作用中，土壤顆粒的Hamaker常數將是一個重要的參數。然而對于土壤膠體的Hamaker常數的還沒

3、有有效的測定方法和技術，也沒有相關研究對土壤膠體的Hamaker常數進行過測定。因此有必要對土壤膠體的Hamaker常數進行測定。
　　光散射技術已經在高分子材料、膠體化學和納米材料等研究中被廣泛應用，是研究納米材料和膠體顆粒相互作用機制的重要工具。賈明云等已經將光散射技術成功的引入到復雜的自然土壤膠體凝聚研究的實驗中，并且通過監(jiān)測凝聚體的平均有效水力直徑隨時間的變化過程成功的反應出土壤膠體凝聚體的動力學過程?；趧討B(tài)光散射技術在

4、土壤膠體相互作用的成熟應用，本研究首先將在已有的動態(tài)光散射研究土壤膠體凝聚過程的方法基礎之上，建立動態(tài)光散射技術測定土壤膠體 Hamaker常數的新理論和新方法?；趧討B(tài)光散射技術測定土壤膠體Hamaker常數的新方法，測定單一礦物質蒙脫石膠體（模型體系）的Hamaker常數。然后以恒電荷為主的紫色土膠體和以可變電荷為主的黃壤膠體作為研究材料，測定這兩種復雜土壤膠體的Hamaker常數。并分析三種土壤膠體的范德華引力強度，進一步深入研究

5、土壤顆粒凝聚與分散的機制。主要結論如下：
　　1.本研究初步建立了動態(tài)光散射技術測定土壤膠體 Hamaker常數的新理論和新方法。
　　2.利用該方法測得以2:1型粘土礦物蒙脫石膠體的Hamaker常數為6.5×10-20J；以恒電荷為主的紫色土膠體的Hamaker常數為7.5×10-20J；以可變電荷為主的黃壤膠體的Hamaker常數為5.3×10-19J。根據現有的文獻資料，大部分材料的Hamaker常數值處于10-19

6、～10-20J，本研究測得的三種土壤膠體的Hamaker值符合理論值（數量級為10-19～10-20J），表明所測得的土壤膠體的有效 Hamaker常數是合理的。由于土壤物質組成非常復雜，所以采用此法測定的土壤 Hamaker常數是土壤各種物質的Hamaker常數的表觀平均值。
　　3.測得黃壤膠體的Hamaker常數＞紫色土膠體的Hamaker常數＞蒙脫石膠體的Hamaker常數。黃壤膠體的Hamaker常數是紫色土膠體的Ham

7、aker常數7.1倍，是蒙脫石膠體的Hamaker常數的8.2倍。黃壤膠體的Hamaker常數遠遠大于紫色土膠體和蒙脫石膠體。基于 Hamaker常數的測定，從而得出，在膠體顆粒距離一定的時候，黃壤膠體顆粒間的范德華引力遠遠大于紫色土和蒙脫石膠體顆粒間的范德華吸引力。
　　4.動態(tài)光散射技術不僅可以測定單一礦物質土壤膠體的Hamaker常數，該方法同樣適用于其他多分散體系膠體的Hamaker常數的測定，可以測定多分散土壤膠體的Ha

8、maker常數。
　　5.研究表明在Li+體系中蒙脫石膠體的臨界聚沉濃度值（CCC）為42.5mmol/L，紫色土膠體的臨界聚沉濃度值（CCC）為332.1mmol/L，黃壤膠體的臨界聚沉濃度值（CCC）為7.4mmol/L。在Li+電解質作用下，黃壤膠體(CCC)＜蒙脫石膠體(CCC)＜紫色土膠體＜（CCC）。電解質LiCl對黃壤的膠體的聚沉能力＞對蒙脫石膠體的聚沉能力＞對紫色土膠體的聚沉能力。黃壤膠體和紫色土膠體的Li+的臨界

9、聚沉濃度值（CCC）差異之大，造成這種差異是由于黃壤膠體的Hamaker常數大，顆粒間的范德華引力大，位能高度越小，更容易聚沉。黃壤膠體較紫色土膠體和蒙脫石膠體的分散穩(wěn)定性更差，當體系中只要加入低濃度的電解質即可降低靜電斥力，勢壘變小，黃壤膠體發(fā)生快速聚沉。而在同樣的電解質濃度下，紫色土膠體的范德華吸引力較黃壤膠體小，靜電斥力占優(yōu)勢，總位能大，膠體不發(fā)生凝聚。
　　6.紫色土膠體較黃壤膠體懸液更穩(wěn)定。造成這兩種土壤膠體懸液的穩(wěn)定性