1230 Acta Phys.-Chim.Sin.2009 Vol.25 0 DLCA C-0.4 mmol-L 图3不同电解质浓度下黄壤胶体的平均凝聚速率（回） Fig.3 Average aggregation velocity (v)for yellow earth colloid in different types and concentrations of electrolytes 加，胶体双电层被压缩，胶体颗粒双电层间的排斥 浓度下黄壤胶体的平均凝聚速率图.图3表明，如果 势垒迅速降低，平均凝聚速率快速增加.KNO。和 采用本文定义的平均速率.则慢速凝聚与快速凝紫 M(NO,),体系双由层厚度与凝聚速率的相关系数 之间将存在一个十分明显的转折点，而这个转折点 分别为-0.9481和-0.9693(P<0,.001).成显著负相关 所对应的电解质浓度，按定义就应是该电解质的 当KNO,体系的双电层压缩到4.577nmMg(NO2 CFC值.本实验中黄壤胶体的CFC:Mg(NO,)2为0.4 体系的压缩到8356m后凝聚速率随申解质浓府 mmol-L,KNO,为40 mmol-L-,即Mg(NO)2的CFC 大大增加而微增.理论上认为，当电解质浓度增加 值约为KNO,的CFC值的1/OO.按Sckulze-.Hardy规 双电层压缩而使排斥势垒消失，凝聚速率因有效 则该理论值应为164，两者相差十分悬殊」 撞概率达到1而不再随电解质浓度变化，凝聚过程 讲入DLCA快速疑聚阶段，而本研究中在DLCA 3结论 阶段，凝聚速率随两种电解质浓度的大幅增加仍会 通过黄壤胶体凝聚的动态光散射研究，可以得 有一定的增加.说明电解质浓度还是对快速疑聚过 出如下重要结论： 率有微小的影响.对出现这种情况的合理解释，还有 (1)根据凝聚过程中光强的稳定与否，可以判断 待于在以后做进一步研究.这里给出的初步解释是 土壤胶体凝聚过程中碰撞的发生是由布朗运动支配 当电解质浓度进 一步上升时，胶体颗粒间净位能的 还是由重力作用支配 负值将更小网从而可能使题粒凝聚粘结更强凝聚 ②)在较宽的高电解质浓度范用内黄壤胶体图 体再分散性的可能性更小，并由此间接地影响到凝 聚表现为快速DLCA机制，凝聚特征不受电解质浓 聚速率 度影响，凝聚体有效粒径随时间的变化用对数函炎 土壤胶体的凝聚对Mg(NO2浓度变化的敏感 拟合史优.凝聚体有效粒径随时间增长会出现一个 性远远大于KNO,体系，因而Mg(NO2浓度的一点 平台.在低电解质浓度下，随着电解质浓度微小的变 微小变化就会引起土壤胶体凝聚过程及凝聚体结构 化，凝聚表现出不同的慢速RLCA特征，凝聚体有 的重大差异.原因是，在两种电解质浓度相同时， 效粒径随时间成幂函数或线性增长，并且在慢凝聚 价离子压缩双电层、隆低表面电位的能力更强.因此 中存在一个对重力敏感的电解质浓度.两种电解质 本研究用的二价离子浓度很低.虽然.己进入DLCA 作用下的土壤胶体凝聚特征相似，但对Mg(NO:体 快速凝聚阶段时Mg(NO,2体系还比KNO,体系的 系浓度变化的敏感性远远大于KNO,体系 双电层厚度大，但是MNO)降低表面电位能力更 )对凝聚速率曲线拟合得到的幂函数，求得两 强（表）.因而同样使排斥势垒减小至消失 种电解质不同浓度作用下凝聚的平均速率，通过分 临界絮凝浓度(C℉C是在指定条件下，使胶体 析平均速率随电解质浓度的变化，找到慢速凝聚与 絮凝所需电解质的最低浓度四，或是慢速凝聚向快 快速凝聚的电解质浓度转折点即临界絮凝浓度 速凝聚转折的最低电解质浓度妈，图3为不同电解质 CFC.对于本实验采用的黄壤胶体而言，KNO,的 Acta Phys. -Chim. Sin., 2009 Vol.25 图 3 不同电解质浓度下黄壤胶体的平均凝聚速率(v軈) Fig.3 Average aggregation velocity (v軈) for yellow earth colloid in different types and concentrations of electrolytes 加, 胶体双电层被压缩, 胶体颗粒双电层间的排斥 势垒迅速降低, 平均凝聚速率快速增加, KNO3 和 Mg(NO3)2 体系双电层厚度与凝聚速率的相关系数 分别为-0.9481 和-0.9693(P＜0.001), 成显著负相关; 当 KNO3 体系的双电层压缩到 4.577 nm、Mg(NO3)2 体系的压缩到 8.356 nm 后凝聚速率随电解质浓度 大大增加而微增. 理论上认为, 当电解质浓度增加, 双电层压缩而使排斥势垒消失, 凝聚速率因有效碰 撞概率达到 1 而不再随电解质浓度变化, 凝聚过程 进入 DLCA 快速凝聚阶段. 而本研究中, 在 DLCA 阶段, 凝聚速率随两种电解质浓度的大幅增加仍会 有一定的增加, 说明电解质浓度还是对快速凝聚速 率有微小的影响. 对出现这种情况的合理解释, 还有 待于在以后做进一步研究. 这里给出的初步解释是, 当电解质浓度进一步上升时, 胶体颗粒间净位能的 负值将更小[9], 从而可能使颗粒凝聚粘结更强, 凝聚 体再分散性的可能性更小, 并由此间接地影响到凝 聚速率. 土壤胶体的凝聚对 Mg(NO3)2 浓度变化的敏感 性远远大于 KNO3 体系, 因而 Mg(NO3)2 浓度的一点 微小变化就会引起土壤胶体凝聚过程及凝聚体结构 的重大差异. 原因是, 在两种电解质浓度相同时, 二 价离子压缩双电层、降低表面电位的能力更强, 因此 本研究用的二价离子浓度很低. 虽然, 已进入 DLCA 快速凝聚阶段时 Mg(NO3)2 体系还比 KNO3 体系的 双电层厚度大, 但是 Mg(NO3)2 降低表面电位能力更 强(表 1), 因而同样使排斥势垒减小至消失. 临界絮凝浓度(CFC)是在指定条件下, 使胶体 絮凝所需电解质的最低浓度[1], 或是慢速凝聚向快 速凝聚转折的最低电解质浓度[25]. 图3为不同电解质 浓度下黄壤胶体的平均凝聚速率图. 图3表明, 如果 采用本文定义的平均速率, 则慢速凝聚与快速凝聚 之间将存在一个十分明显的转折点, 而这个转折点 所对应的电解质浓度, 按定义就应是该电解质的 CFC值. 本实验中黄壤胶体的CFC: Mg(NO3)2为0.4 mmol·L-1, KNO3为40 mmol·L-1, 即Mg(NO3)2的CFC 值约为KNO3的CFC值的1/100. 按Sckulze-Hardy规 则[17], 该理论值应为1/64, 两者相差十分悬殊. 3 结 论 通过黄壤胶体凝聚的动态光散射研究, 可以得 出如下重要结论: (1) 根据凝聚过程中光强的稳定与否,可以判断 土壤胶体凝聚过程中碰撞的发生是由布朗运动支配 还是由重力作用支配; (2) 在较宽的高电解质浓度范围内黄壤胶体凝 聚表现为快速 DLCA 机制, 凝聚特征不受电解质浓 度影响, 凝聚体有效粒径随时间的变化用对数函数 拟合更优, 凝聚体有效粒径随时间增长会出现一个 平台. 在低电解质浓度下, 随着电解质浓度微小的变 化, 凝聚表现出不同的慢速 RLCA 特征, 凝聚体有 效粒径随时间成幂函数或线性增长, 并且在慢凝聚 中存在一个对重力敏感的电解质浓度. 两种电解质 作用下的土壤胶体凝聚特征相似, 但对 Mg(NO3)2 体 系浓度变化的敏感性远远大于 KNO3 体系; (3) 对凝聚速率曲线拟合得到的幂函数, 求得两 种电解质不同浓度作用下凝聚的平均速率. 通过分 析平均速率随电解质浓度的变化, 找到慢速凝聚与 快速凝聚的电解质浓度转折点即临界絮凝浓度 CFC. 对于本实验采用的黄壤胶体而言, KNO3 的 1230