[科普中国]-零电荷点

零电荷点是指固体表面的ζ电势为零的情形，起到决定电位离子的浓度的作用。

概念当溶液中决定电位离子的浓度为某一特定值时，固体表面上的净电荷等于零，两相(固/液)之间由自由电荷引起的电位差也为零，此时溶液中决定电位离子的浓度称为零电荷点(Z.P.C.)。

与其密切相关的另一物理量是等电点(I.P.C)，它指的是固体表面的ζ电势为零的情形。

在没有特性吸附离子存在时，等电点与零电荷点的数值相同。

纳米级TiO_2微胶粒的稳定性及其零电荷点研究背景低pH值时，因质子被吸附到吸附层而使其带正电荷；高pH值时，质子从-OH基团中释放，故而带负电荷。这也就是说，二氧化钛微胶粒表面上的电荷，在某一确定的pH值时，其电荷数值可以为零，这一点叫做零电荷点简称为PZC。

PZC是这类氧化物微胶粒最重要的特征之一，因为它是氧化物表面与水溶液介质相互作用的量度，对此许多学者进行过详细的研究。

纳米级二氧化钛微胶粒的零电荷点测定与讨论（1）电位滴定法测PZC

取一定量(10mL，0.0097 mol/L)的纳米级二氧化钛溶胶于小烧杯中，在转子搅拌下用0.05465 mol/L的NaOH滴定，由酸度计测试滴加不同体积的Na0H时，溶胶的pH值，结果见图1。测得溶胶的零电荷点为pH0=6.30。文献值为6.0-6.7，测试结果与文献值吻合。

（2）吸光值法测定 PZC

取若干试管分别加入0.0097 mol/ L的二氧化钛溶胶10 mL，各加入不同体积0.05465 mol/L的NaOH溶液，摇匀在600 nm处测定其吸光值，结果见图2。图中出现最大吸光值点对应的Na0H体积，和图1中，pH0点对应的Na0H体积相等，所以二种测试结果一致。

研究结果从测试结果可知，当达到 pH0点时(图 2)有一个最大值，这个在 600 nm 处的最大吸收，没有电子跃迁的干扰。完全是由于溶胶凝聚形成大微粒对光的散射所造成。pH0点溶胶凝聚程度最大；pH0点前，当加入NaOH 7.5mL时溶胶开始凝聚，pH0点后，当加入NaOH 12.0mL时，二氧化钛溶胶不再凝聚。但是，此时溶胶的表面带负电荷。这一结果不仅证实了二氧化钛溶胶在不同p H值下，存在电离平衡。也为对于制备纳米二氧化钛/云母复合材料时，如何选择二氧化钛微胶粒稳定存在的条件，提供了可靠的依据。1

硅藻土零电荷点及吸附行为分析研究背景硅藻土是一种生物成因的含结晶水非晶体二氧化硅的蛋白石，主要由硅藻(一种单细胞的水生藻类)残骸和软泥在水底沉积，经自然环境作用而逐渐形成的一种非金属矿物。硅藻土具有比表面积大、孔隙率高、吸附性强、质轻，坚固、隔热、耐磨、耐酸等特性。硅藻土壳体有大量的、有序排列的微孔，另外，硅藻土表面及孔内表面分布有大量的硅羟基( Si －OH)，在水中部分解离为≡Si－O－和H+，因此硅藻土表面带有负电荷(称吸附质子电荷或可变电荷)，在水溶液中可用于吸附金属离子、有机化合物、高分子聚合物等。硅藻土的吸附性能与其表面电性质是密切相关的，而零电荷点是矿物或粘土颗粒表面电性质的特征常数，不会因分散相中电解质的不同而改变。零电荷点(point of zero charge，PZC)是指在一定温度、压力和介质组成条件下，当颗粒表面电荷密度为零时介质的pH值。电势滴定(potentiometrictitration)、质量滴定(mass titration)和惰性电解质滴定(inert electrolyte titration)等方法是研究矿物或粘土颗粒零电荷点PZC的常用方法。2

零电荷点的测定（1）电势滴定法

图3是样品的电势滴定曲线，不同电解质浓度的电势滴定曲线间有一个公共交点(common intersection point， CIP)，对应的pH值为2.04，即样品的零电荷点(pHPZC)。说明表面带有负电荷的精硅藻土其零电荷点与支持电解质浓度无关。

（2）质量滴定法

质量滴定法的原理：当固体颗粒样品加入到pH值不等于样品的 pHPZC 值的溶液中时，因颗粒表面对 H+或OH-的吸附而将改变体系的pH值；当液体介质的pH值高于pHPZC值时，由于颗粒表面对OH-的净吸附而使pH值降低，反之，则因颗粒表面对 H+的净吸附而使 pH 值升高。因此，悬浮体的 pH 值将随固含量的增加而向 pHPZC 值移动，当固含量达到一定值之后，体系的 pH 值将与pHPZC值相等，随后体系的 pH 值与固含量无关。即在质量滴定曲线上将有一平台，对应的 pH 值为固体颗粒的 pHPZC 值。图4是 KNO3 浓度为 0.01mol·L-1，初始 pH 值不同时样品硅藻土的质量滴定曲线，可见随固含量的增加，各曲线对应的pH值逐渐趋于一个平台，其范围为1.99～2.05。

（3）惰性电解质滴定法

惰性电解质滴定法的原理是向悬浮体中加惰性电解质会改变体系的 pH 值，使其移向 pHPZC值;当 pH 值小于 pHPZC 值时，加惰性电解质会增加颗粒表面对 H+的净吸附而使 pH 值升高；反之，当pH 值大于 pHPZC 值时，加惰性电解质会增加颗粒表面对 OH-的净吸附而使 pH 值降低；当体系的pH 值等于 pHPZC 值时，pH 值不再变化，即在惰性电解质滴定曲线上ΔpH =0所对应的pH值即为固体样品的 pHPZC 值。图5是硅藻土样品的惰性电解质滴定曲线，ΔpH =0所对应的 pH 值(即pHPZC值) 在左右。

研究结论对提纯的硅藻土进行 SEM 形貌表征和半定量分析，得出提纯后硅藻土比表面积和其中的SiO2含量显著增大，而其他杂质的含量降低。通过电势滴定、质量滴定和惰性电解质滴定3种方法测定了提纯硅藻土的零电荷点(pHPZC)，表明表面带有负电荷的硅藻土存在与支持电解质浓度无关的零电荷点，且从对应的数据可以看出，电势滴定和质量滴定的结果相近，而惰性电解质滴定法测得的结果偏高。将固相支撑的液体吸收剂用于对乙烯气体的化学吸收，结果表明，当持液量为0.4时对乙烯气体的吸收达到最大。3

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学