[发明专利]膜表面Zeta电位自动检测仪

说明书

本发明涉及一种膜表面Zeta电位自动检测仪，包含计算机控制单元(1)、流动电位测试单元(2)和流体控制单元(3)三部分，其中，计算机控制单元(1)主要包括计算机和电路控制数据采集模块；流动电位测试单元(2)主要包括压力传感器、信号放大电路板、Ag/AgCl参比电极、膜组件；流体控制单元(3)主要包括测试液循环泵、电磁阀、pH传感器、电导率传感器、测试液储液瓶、废液瓶、pH调节泵、酸液储液瓶、碱液储液瓶、纯水瓶。本发明还提供了一种测试工艺，并将该测试工艺与Zeta电位自动检测仪相结合，不仅实现了工艺操作、数据采集和结果计算的自动化，而且提高了测试效率与准确性。

技术领域

本发明涉及荷电膜的膜表面Zeta电位自动检测仪器及相关操作工艺，以快速、准确地检测膜表面Zeta电位。

技术背景

膜分离技术具有高效、节能、环保等优点，应用领域越来越广，但膜分离过程中普遍存在膜污染问题。特别是对于荷电膜而言，当膜材料表面电荷与污染物粒子电荷电性相反时，膜污染就会更容易。荷电膜是一种孔道表面带有电荷的膜材料，依据所带电荷的不同可分为荷正电膜、荷负电膜与两性膜。荷电膜的形成一般有如下两种途径，分别是在制膜过程中添加荷电成分，或后期在膜表面引入荷电基团和在水溶液中膜对阴、阳离子的不等量吸附也可使其表面带电。

当固体荷电膜与水溶液接触时，在固液两相界面会形成双电层。学者们对其相继提出了平板式、扩散层式、斯特恩式等各种理论模型。其中，斯特恩双电层模型目前得到了学术界的广泛认可。该模型将双电层分为紧密层与扩散层，两者的界面称之为滑动面(又称剪切面)，并且将滑动面的电位称之为Zeta电位，其可有效考察荷电膜的特性，能直观地探测荷电膜在不同环境中所呈现的荷电性和荷电强度，但直接测量膜表面荷电性能十分困难，而Zeta电位与其有良好的对应关系，因此可以通过Zeta电位间接测定膜表面荷电性能。

Zeta电位的测定方法很多，如电泳法、电渗法、膜电位法、流动电位法等。电泳和电渗法操作繁琐。电泳法只适用于粉体和胶体样品，虽然也有学者[L.Ricq et al.Use ofelectrophoretic mobility and streaming potential measurements to characterizeelectrokinetic properties of ultrafiltration and microfiltrationmembranes.Colloids and Surface A，138(1998)301.]将膜变成粉末后再采用电泳法测定Zeta电位，但这有可能无法真实反映膜表面的荷电情况。在电渗过程中，双电层滑动面比较靠近固体表面，使得电渗法测得的Zeta电位偏高[A.Szymczyk et al.Comparison of twoelectrokinetic methods-electroosmosis and streaming potential-to determinethe zeta-potential of plane ceramic membranes.Journal of Membrane Science 143(1998)189.]。膜电位是将荷电膜两侧分别接触不同浓度的电解质溶液，在浓度梯度引起的离子扩散过程中，因阴、阳离子扩散速度不同而在膜两侧产生的电位。通过测定膜电位可间接计算Zeta电位，但离子扩散过程中所产生的浓差极化效应也影响着膜电位的测定[汪锰等.膜Zeta电位测试技术研究进展.分析化学评述与进展，35(2007)605.]。