一种测定纳米颗粒临界团聚浓度的方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种测定纳米颗粒临界团聚浓度的方法。

背景技术

目前纳米材料的广泛应用使纳米颗粒在生产、使用等过程中通过地表或地下径流污染水环境，通过吸附或进入生物体内在食物链中进一步迁移产生毒性效应等给人类健康带来潜在威胁。离子的存在能够促使纳米颗粒发生同相团聚，改变悬浮状态，促使纳米颗粒沉降，从而降低废水中含有的纳米颗粒浓度。离子浓度较低时，随离子浓度的升高纳米颗粒同相团聚速率增加，但当离子浓度达到临界团聚浓度时，纳米颗粒的同相团聚速率不再增加，对不同种类的纳米颗粒、同种类不同形态的纳米颗粒、不同种类的离子，其临界团聚浓度并不相同，在进行废水处理、环境改善等实际应用时，需要根据临界团聚浓度的高低参考确定处理废水的离子用量，以兼顾效率与成本。但目前并无一种统一的方法用于测定处理含有纳米颗粒废水的临界团聚浓度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定纳米颗粒临界团聚浓度的方法，通过测定不同离子浓度下纳米颗粒的同相团聚速率，拟合离子浓度与团聚速率曲线，确定最高团聚速率，通过求取拟合曲线与最高团聚速率的交点，确定临界团聚浓度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测定纳米颗粒临界团聚浓度的方法，对含有纳米颗粒的废水进行取样不少于10等份，按选定的离子种类配制相同数量不同浓度的溶液，将不同浓度的溶液分别与纳米颗粒废水进行混合，测定纳米颗粒团聚速率，团聚速率不再升高即确定为该废水中纳米颗粒的最大团聚速率，通过记录在不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率与对应的离子浓度数据，拟合二维曲线，求取拟合曲线与最大团聚速率在二维坐标上的交点，获得临界团聚浓度。

进一步地，所述离子浓度按废水及不同浓度的溶液混合后的离子溶液浓度计算。

进一步地，所述不同浓度的溶液的配制在没有经验数据的情况下，按不低于2倍递增的多个溶液浓度，以获得覆盖临界团聚浓度前后的多个数据；在有经验数据参考的情况下，分别在估算的临界团聚浓度前后设置多个溶液浓度，以获得更为准确的临界团聚浓度数据。

进一步地，所述不同浓度的溶液分别与纳米颗粒废水进行混合后，立即使用震动工具进行充分混合，以充分发挥离子作用。

进一步地，测定纳米颗粒团聚速率的方法如下：在溶液与废水混合后开始计时，利用纳米粒度测定仪，测定纳米颗粒团聚粒径，获取4个以上粒径数据后，二维坐标上时间(X轴)-纳米颗粒团聚粒径(Y轴)曲线，获取该离子浓度下的纳米颗粒团聚速率。

进一步地，团聚速率不再升高即确定为该废水中纳米颗粒的最大团聚速率；若团聚速率一直处于增长态势，可以认为所取溶液浓度并未超过临界团聚浓度，需要继续配制更大浓度溶液测定团聚速率，直到获得最大团聚速率。

进一步地，记录不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率与对应的离子浓度数据，拟合二维曲线，应取不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率取对数后进行比较，若团聚速率一直增长，可以认为低于临界团聚浓度，记录各组离子浓度与纳米颗粒团聚速率组成的二维数据，对该二维数据分别取对数后，在二维坐标系上拟合直线函数，获得在临界团聚浓度以下时，纳米颗粒团聚速率对离子浓度的变化曲线，在团聚速率接近最大团聚速率时，可以舍弃该数据，防止该浓度已超过临界团聚浓度，使拟合后的曲线斜率偏小；在溶液浓度梯度设置不低于2倍时，各浓度下纳米颗粒团聚速率仍相近的情况下，可以认为所取各点接近或高于临界团聚浓度，此时拟合的曲线可能精度较低，使计算结果偏差较大，需要继续配制更低浓度溶液测定团聚速率，直到达到拟合曲线条件。

本发明具有以下有益效果：本发明首次提出了可以测定临界团聚浓度的系统方法，通过测定不同离子浓度对废水的作用，确定最大团聚速率，拟合浓度-速率曲线，确定临界团聚浓度，精度高，可以适应不同生产、使用条件下产生的不同种类、浓度纳米颗粒废水，利用不同种类离子进行废水处理的临界团聚浓度计算，为纳米颗粒废水的处理提供定量的数据参考，兼顾处理效率、成本等。

附图说明

图1是本发明临界团聚浓度测定的工艺流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

一种测定纳米颗粒临界团聚浓度的方法，工艺流程如图1所示，对含有纳米颗粒的废水进行取样不少于10等份，按选定的离子种类配制相同数量不同浓度的溶液，将不同浓度的溶液分别与纳米颗粒废水进行混合，测定纳米颗粒团聚速率，团聚速率不再升高即确定为该废水中纳米颗粒的最大团聚速率，通过记录在不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率与对应的离子浓度数据，拟合二维曲线，求取拟合曲线与最大团聚速率在二维坐标上的交点，获得临界团聚浓度。

离子浓度按废水及不同浓度的溶液混合后的离子溶液浓度计算。不同浓度的溶液的配制在没有经验数据的情况下，按不低于2倍递增的多个溶液浓度，以获得覆盖临界团聚浓度前后的多个数据；在有经验数据参考的情况下，分别在估算的临界团聚浓度前后设置多个溶液浓度，以获得更为准确的临界团聚浓度数据。不同浓度的溶液配制数量可以根据经验确定，在首次测定时，可能补做大量数据，出现测定20次以上的情况。

不同浓度的溶液分别与纳米颗粒废水进行混合后，立即使用震动工具进行充分混合，以充分发挥离子作用。

测定纳米颗粒团聚速率的方法如下：在溶液与废水混合后开始计时，利用纳米粒度测定仪，测定纳米颗粒团聚粒径，获取4个以上粒径数据后，二维坐标上时间(X轴)-纳米颗粒团聚粒径(Y轴)曲线，获取该离子浓度下的纳米颗粒团聚速率。团聚速率测定的时间间隔可以根据设备仪器情况变化，如取10s，15s等，取样数量可以根据纳米颗粒聚集的速率变化，如4个点，5个点等。

团聚速率不再升高即确定为该废水中纳米颗粒的最大团聚速率；若团聚速率一直处于增长态势，可以认为所取溶液浓度并未超过临界团聚浓度，需要继续配制更大浓度溶液测定团聚速率，直到获得最大团聚速率。

记录不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率与对应的离子浓度数据，拟合二维曲线，应取不同离子浓度梯度下纳米颗粒的团聚速率取对数后进行比较，若团聚速率一直增长，可以认为低于临界团聚浓度，记录各组离子浓度与纳米颗粒团聚速率组成的二维数据，对该二维数据分别取对数后，在二维坐标系上拟合直线函数，获得在临界团聚浓度以下时，纳米颗粒团聚速率对离子浓度的变化曲线，在团聚速率接近最大团聚速率时，可以舍弃该数据，防止该浓度已超过临界团聚浓度，使拟合后的曲线斜率偏小；在溶液浓度梯度设置不低于2倍时，各浓度下纳米颗粒团聚速率仍相近的情况下，可以认为所取各点接近或高于临界团聚浓度，此时拟合的曲线可能精度较低，使计算结果偏差较大，需要继续配制更低浓度溶液测定团聚速率，直到达到拟合曲线条件。在确定最大团聚速率和拟合浓度-速率曲线时，均需要首先根据所测的团聚速率，确认所测浓度已经覆盖了临界团聚浓度。在进行浓度-速率曲线拟合时，因其呈对数规律变化，需要对两个数据均取对数，才能拟合二维直线。浓度-速率曲线与最大团聚速率的交点对应的离子浓度即可确定为临界团聚浓度。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。