硝酸盐水溶液中SiO2和Al2O3纳米粒子表面电荷密度的研究(4)
从精心设计的电荷密度测量的方法也可以促进我们理解lyotropy的离子特异性行为。Lyotropic 和Hofmeister Series是大家公认的定性的概念，描述了离子间相互作用的进程的趋势是跟水溶液表现出表面分子或表面离子相互作用的过程相关。对应的阳离子（Docking, 1939; Lyklema,1967; Lyklema, 1970; Kallay et al., 1994）晶体半径减小，静电吸引力增加，针对碱金属阳离子对（(Dugger et al., 1964; Abendroth,1970; Sonnefeld et al., 1995; Karlsson et al., 2001）胶体二氧化硅的作用，假定一个增加相互作用的静电常数的吸引力。除了所报告的一个相反的趋势（1987年）;有“反向”趋势的还有氧化铝（Huang and Stumm, 1973），赤铁矿（(Colic et al., 1991），和金红石（Kallay et al., 1994）。
霍夫迈斯特提出，水溶液中阳离子的不同的亲和力由其自由基决定。研究者已经注意到了阳离子特异性发展和吸附常数和阳离子构型相关（Kallay and Tomic , 1988; Colic et al., 1991; Kallay et al., 1994）。最新的离子特异性的理论分析的结论是，对于给定的材料，离子特异性的起源主要归因于界面水合离子相互作用的构型熵变化与表面（(Lyklema, 2002）的差异。霍夫迈斯特提出，氯化物对表面电荷密度的影响是LiCl ＜NaCl ＜KCl， 二价氯离子对表面电荷密度的影响是BaCl 2＜ SrCl 2＜ CaCl 2 ＜MgCl 2。但也有一些离子不遵循上述的规律。
上述的那些研究揭示出了离子特异性，以及针对不同氧化物溶液特性的改变。然而，尽管表面电荷和阳离子的亲和力之间的关系有很强的规律性，但从现有的数据，一致的现象还尚未出现。以二氧化硅的文献为例，在了解SiO 2表面阳离子特异性和表面电荷密度发展趋势存在困难，主要是因为该数据集是零碎的和在实验中溶液组合物中底物的类型不一致。因为固体的性质对离子特异性的趋势的影响有大的影响，使问题进一步复杂化。不同的研究出来的复杂的汇集要想成为一个可靠的数据集必须经过很大的努力和很长时间的尝试，虽然大部分取得了进展，但还有很多困难继续限制着阳离子对纳米粒子表面电荷密度的影响的研究。
SiO2纳米粒子由于表面的氧原子电负性大，负电荷会相对集中，与水分子中的氢原子结合，使表面带负电荷；裸露的硅原子的3p轨道接受水分子中氧原子的2p电子对形成水化层，表面带正电荷。当溶液的pH达到2.5时，正负电荷相等，达到等电点。pH<2.5,H+增多，正电荷增加，带正电。反之带负电。
2.3 氧化铝表面电荷密度的研究
氧化铝是铝的氧化物，铝的氧化物中存在各种具有不同的结晶结构的形式[30]。稳定的氧化铝是α-Al2O3(刚玉),它有菱形的水晶结构，存在于自然发生各种类型的岩石中。其他形式的氧化铝(β-Al2O3和 γ-Al2O3)不稳定,他们可以通过升高温度来控制以形成稳定的形式α-Al2O3。分散在水里的氧化铝显示出酸性性质和碱性性质,因此它被归为一个两性氧化物。氧化铝有很多技术的应用。
氧化铝具有很高的熔点(2045°C),良好的硬度,较低的活泼性，是化学惰性的。由于这些属性,加上其他材料,它是适用于要求结构刚度高、耐热和低体重的领域。这些领域包括航空航天制造住房、汽车和飞机引擎和铅酸电池。在专业行业,铝用于制造轻质无机纤文，它可以转换成各种产品,如电绝缘体、过滤膜、分子筛、热壁垒或保护套(1400°C)、纤文垫。由于氧化铝这些巨大的应用,因此其理化特性非常重要的。
当氧化矿物,如氧化铝分散在极性介质中[31],大量的反相带电离子通常围绕其表面形成所谓的双电层(EDL)。EDL内的交互作用取决于许多参数,如表面电荷密度、表面电势和在氧化物表面的表面吸附的性质。其他可能会影响这些交互作用的参数包括溶质的浓度和组成分散介质的媒介本身。当液体在悬浮物媒介中时，在EDL中交互作用会影响氧化矿物的行为。因此,在吸收、运输、污染物吸附和释放、矿物溶解和沉淀、各种氧化还原反应和胶体氧化物的稳定性取决于EDL交互作用。因此,影响EDL的实验参数有多种模型预测，都可以用来研究氧化物表面的特性。