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納米TiO₂顆粒因其獨特的光催化、紫外線(xiàn)屏蔽和小尺寸等特性，在各領(lǐng)域具有廣泛應用前景。然而，由于納米顆粒的高比表面積和表面能，容易導致團聚現象，從而影響在低滲透油田壓增注、涂料制備、廢水處理等工業(yè)應用。納米TiO₂性能主要受顆粒分散穩定性影響。解決納米顆粒的分散穩定性問(wèn)題成為實(shí)現其特殊性能的關(guān)鍵。

為了充分發(fā)揮納米顆粒在流變、成膜、潤濕等方面的獨特性能，解決納米TiO₂顆粒在分散體系中的穩定性問(wèn)題至關(guān)重要。實(shí)際生產(chǎn)中，納米顆粒的分散液可能會(huì )處于不同的酸堿環(huán)境中。因此，本研究旨在利用BeScan Lab穩定性分析系統，采用多重光散射方法，更全面地評估納米TiO₂顆粒分散液在不同pH值條件下的分散穩定性效果。

原理和方法：

使用丹東百特儀器有限公司研制的BeNano 180 Zeta Pro納米粒度及Zeta電位分析儀檢測樣品在不同pH環(huán)境中Zeta電位，同時(shí)使用BeScan Lab穩定性分析儀檢測樣品的穩定性信息，其中BeScan Lab具有透射方向（T）和背向（BS）探測器，通過(guò)隨時(shí)間掃描不同樣品位置的信號還可以得到定量的不穩定性指數I_US：

I_US值越大，說(shuō)明樣品體系的變化越大，穩定性越差。

實(shí)驗：

使用酸堿將TiO₂（0.5%重量濃度）水分散液調節至pH=2、4、6、8、10，對于樣品進(jìn)行電位和穩定性測試。

測試結果和討論：

表1. 電位測試結果

可以看出，納米TiO₂顆粒呈現負電性。隨著(zhù)pH值的變化，Zeta電位發(fā)生了明顯的變化，當pH為2時(shí)，電位絕對值很低，隨著(zhù)pH的增加，分散液的Zeta電位顯著(zhù)升高。

• 原始信號

得到TiO₂水分散液在25℃溫度下的透散光信號（T）和背散射光信號（BS）在樣品高度隨時(shí)間的變化圖譜：

圖2和圖3分別顯示pH=2和6的TiO₂的透射光和背散光原始信號隨位置變化的詳細信息。從圖2的透射光譜可以看出pH=2時(shí)，體系非常不穩定，分散體系很快由渾濁變得透明，這表明體系中納米顆粒沉降速度非常迅速，顆粒的團聚發(fā)生的很快，并且變成大顆粒聚集在樣品的底部。而pH為6的體系, TiO₂的水分散液在一個(gè)小時(shí)內觀(guān)察不到明顯顆粒團聚現象，透射光幾乎為0，其在背散射光方面表現出較強的靈敏性，因而可以通過(guò)監測背散射參比信號(dBS)的變化，深入研究的TiO₂的分散體系物理穩定性特征。

• 參比信號

圖4展示了pH=6的TiO₂水分散液背散射光信號變化（dBS）。通過(guò)圖中的觀(guān)察，可以看出：

>>在樣品底部，背散光信號顯著(zhù)增強；

>>在樣品中部，背散光信號有輕微的平行下降的特征；

>>在樣品頂部，背散光信號下降；

這表明樣品發(fā)生明顯團聚和沉降的過(guò)程。

• 整體I_US不穩定指數

通過(guò)不穩定指數（I_US），可以追蹤樣品中隨時(shí)間發(fā)生的理化特性的動(dòng)力學(xué)變化。I_US指數的計算綜合考慮了樣品中各種變化的程度?？梢钥闯鰳悠返牟环€定性指數與環(huán)境pH具有較高相關(guān)性。

圖6為樣品的Zeta電位 vs pH曲線(xiàn)，以及不穩定性指數I_US vs pH曲線(xiàn)，可以看出樣品的Zeta電位與其不穩定性相關(guān)性很大。Zeta電位越低通常意味著(zhù)樣品越不穩定，其變化越劇烈。

總結：

BeScan Lab穩定性分析系統提供了一種簡(jiǎn)便、快速且定量化的評估方法，用于分析不同pH條件下納米TiO₂水分散體系的穩定性。測試表明，在pH>6時(shí)，分散體系Zeta電位較高，同時(shí)具有較好的穩定性，而當pH較低時(shí)體系Zeta電位較低，穩定性也較差。結合BeNano系列納米粒度及Zeta電位分析儀與BeScan Lab穩定性分析儀能夠迅速提供體系穩定性的關(guān)鍵數據并研究其背后的原因。