Most experimental studies available in the literature on filtration are based on observed average zeta potential of particles (usually 10 measurements). However, analyses of data using the average zeta potential alone can lead to misleading and erroneous conclusions about the attachment behavior because of the variation of particle zeta potentials and the heterogeneous distribution of the collector surface charge. To study characteristics of zeta potential, zeta potential distributions (ZPDs) of silica particles under 9 different chemical conditions were investigated. Contrary to many researchers’ assumptions, most of the ZPDs of silica particles were broad. The solids concentration removal was better near the isoelectric point (IEP) as many researchers have noticed, thus proper destabilization of particles is very important to achieve better particle removal in particle separation processes. While, the mean zeta potential of silica particles at a given coagulant dose was a function of particle concentration; the amount of needed coagulant for particle destabilization was proportional to the total surface charge area of particles in the suspension.
Zeta potential is a key parameter of double layer repulsion for individual particles and can usually be used to interpret the trend of coagulation efficiency. This study focused on the measurement of zeta potential of algae and clay under various experimental conditions including water characteristics (pure water, stream water, reservoir water) and coagulant dose (10~50 mg/L). Results showed that the variation of zeta potential was highly sensitive depending on the water characteristics and coagulation conditions. Zeta potential of two genera of algae (anabaena sp. and microcystis sp.) were changed highly with coagulant dosage, especially. On the basis of trajectory analysis, bubble-floc collision efficiency simulated in terms of zeta potential was fitted well with removal efficiency of chlorophyll-a from algae particles. It was found that the control of zeta potential was important for effective removal of algae particles.
The porosity (including the specific surface area and pore volume-diameter distribution) of montmorillonitic soft rock (MSR) was studied experimentally with an electrochemical treatment, based on which the change in porosity was further analyzed from the perspective of its electrokinetic potential (${\zeta}$ potential) and the isoelectric point of the electric double layer on the surface of the soft rock particles. The variation between the ${\zeta}$ potential and porosity was summarized, and used to demonstrate that the properties of softening, degradation in water, swelling, and disintegration of MSR can be modified by electrochemical treatment. The following conclusions were drawn. The specific surface area and total pore volume decreased, whereas the average pore diameter increased after electrochemical modification. The reduction in the specific surface area indicates a reduction in the dispersibility and swelling-shrinking of the clay minerals. After modification, the ${\zeta}$ potential of the soft rock was positive in the anodic zone, there was no isoelectric point, and the rock had lost its properties of softening, degradation in water, swelling, and disintegration. The ${\zeta}$ potential increased in the intermediate and cathodic zones, the isoelectric point was reduced or unchanged, and the rock properties are reduced. When the ${\zeta}$ potential is increased, the specific surface area and the total pore volume were reduced according to the negative exponent law, and the average pore diameter increased according to the exponent law.
Chemical Mechanical Polishing of chemically stable sapphire substrates is dominantly affected by the mechanical processing of abrasives, in terms of the material removal rate. In this study, we investigated the effect of electrostatic force between the abrasives and substrate, on the polishing. If potassium chloride (KCl) is added to slurry, water molecules are decomposed into $H^+$ and $OH^-$ ions, and the amount of ions in the slurry changes. The zeta potential of the abrasives decreases with an increase in the amount of $H^+$ ions in the stern layer; consequently, the electrostatic force between the abrasives and substrate decreases. The change in zeta potential of abrasives in the slurry is affected by the slurry pH. In acidic zones, the amount of ions bound to the abrasives increases if the amount of $H^+$ ions is increased by adding KCl. However, in basic zones, there is no change in the corresponding amount. In acidic zones, zeta potential decreases as molar concentration of potassium increases; however, it does not change significantly in basic zones. The removal rate tends to decrease with increase in molar amount of potassium in acidic zones, where zeta potential changes significantly. However, in basic zones, the removal rate does not change with zeta potential. The tendencies of zeta potential and that of the frictional force generated during polishing show strong correlation. Through experiments, it is confirmed that the contact probability of abrasives changes according to the electrostatic force generated between the abrasives and substrate, and variation in removal rate.
Different colloidal particles generally co-exist in the water and wastewater. Thus, there needs to identify practical electrokinetic characteristics of the particles, comparing with the case when each colloidal material is independently distributed. In this study, changes of overall zeta potential was examined through mixed dispersions of $TiO_{2}$ and $MnO_{2}$. The mixing ratios were classified into 3-type in order to distinguish the effects of the proportions of each particle from those of total concentration in colloidal suspensions. The types are single colloidal dispersions of $TiO_{2}$ and $MnO_{2}$ (1:0, 0:1), mixed dispersions at different ratios (0.75:0.25, 0.5:0.5, 0.25:0.75), and a mixed dispersion with doubled concentration (1:1), respectively. It showed that the overall variation of zeta potential as a function of pH was intensified in a colloidal dispersion with the ratio of 1:1. It was concerned that the double action of ion would contribute to this result. On the one hand, the zeta potentials of each colloidal dispersion commonly decreased at the state of strong acid and base under the influence of compression of the electric double layer. The changing patterns were also considered through calculating total interaction energy between colloidal particles based on DLVO theory and measuring turbidity of the colloidal dispersions.
Surface states and interfacial phenomena at the undoped polycrystalline semiconductor particale-electrolyte interfaces were qualitatively analyzed based on the zeta potentials which were measured with microelectrophoresis measurements. The suspensions were composed of the undoped polycrystaline silicon(Si) or gallium arsenide (GaAs) semiconductor particles stalline Si and GaAs particles in the KCl electrolytes was 3.73~6.2x10**-4 cm\ulcornerV.sec and -2.3~1.4x10**-4cm\ulcornerV.sec at the same conditions, respectively. The range of zeta potentials corresponding to the electrophoretic mobilities is 47.8~80.1mV and -30.1~17.9mV, respectively. The variation of the zeta potentials of the undoped polycrystalline Si was similar to the doped crystalline Si. On the other hand, two points of zeta potential reversal occurred at the undoped polycrystalline GaAs-KCl electrolyte interfaces. The surface states of the undoped polycrystalline Si and GaAs were dominated by positively charged donor surface states. These surface states are attributed to adsorbed ion surface states (slow states) at the semiconductor oxide layer-electrolyte interfaces.
In this study, physical characteristics of alumina slurry on variation of pH value and the effect of non-ionic surfactants on alumina slurry for copper chemical mechanical planarization (CMP) slurry have been investigated. After pH value of the slurry with alumina abrasive was changed by adding various amount of $HNO^3$ or KOH, the differences of settling rate, particle size, and zeta-potential were estimated. Better settling rates were shown in slurries with alumina abrasive at near pH 1. Higher zeta-potential was shown at around pH 2 in alumina slurry and the point of zero charge (PZC) was measured at about pH $9\sim10$. Non-ionic surfactant was added in the slurry with 5wt% alumina abrasive to get its effect on slurry practically. Abrasive size was smaller increased when amount of surfactant increased in slurry with P-4 as abrasive; on the other side, it was smaller when amount of surfactant decreased with AES-12. Variation of zeta-potential has no tendency with adding surfactant; however, values of zeta-potential were between $35\sim50mV$. The proper amount of surfactant was $0.1\sim1.0wt%$ in slurry with P-4 and $0.5\sim1.0wt%$ in slurry with AES-12 respectively. Excellent dispersion stabilization was obtained by addition of non-ionic surfactant
The Frictional behavior in single crystal (111) p-type silicon as influenced by electolytic solutions have been studied. Linear scratching by diamond indentor was carried out to show the variation of friction between silicon and diamond indentor immersed in electrolytic solutions. The results indicate that concentration of the solutions influence the fricational coefficient. In addition there is a correlation between measured zeta-potential and frictional coefficients. The zeta-potential in various concentrations was measured to estimate the variation of the Peierls energy. The proposed model predicts a minimum frictional coefficient near a concentration of $10^{-3}$ M/l NaOH in deionized water and explains the chemomechanical effect observed in this study.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제4권3호
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pp.173-183
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2000
This study measured the zeta potential of both latex colloidal particles with carboxylate surface groups and glass beads (collectors) with silanol surface group employing various solution with different chemical characteristics. The results have been compared with the surface chemistry theory. The zeta potential of the particle and collector increased with increasing pH up to 5.0 regardless of the solution chemistry. For a monovalent electrolyte solution(sodium chloride solution) the zeta potential steadily increased until the pH reached 9.5. In contrast, little change in zeta potential was made between 5.0 and 9.5 for a divalent electrolyte solution (sodium chloride solution) the zeta potential steadily increased until the pH reached 9.5. In contrast, little change in zeta potential was made between 5.0 and 9.5 for a divalent electrolyte solution (calcium chloride solution). In other words, the more the pH decreases, the larger the effect of neutral salts, such as NaCl and CaCl$_2$, have on the ζ-potential values. In this study, the PZPC(point of zero proton condition) of the particle and collector occurred below a pH of 3.1, H(sup)+ and OH(sup)- acted as a PDI (potential determining ion), and Na(sup)+ acted as an IDI(indifferent ion). The magnitude of the negative ζ-potential values of the particle and collector monotonically increased as the concentrations of Na(sup)+ or Ca(sup)2+([Na(sup)+] or [Ca(sup)2+]) decreased (the values of pNa or pCa increased). In the case of latex particles, the ζ-potential should aproach zero (isoelectric point; IEP) asymptotically as the pNa approaches zero, while in the case of calcium chloride electrolyte, ζ-potential reversal may be expected to occur around 3.16$\times$10(sup)-2MCaCl$_2$(pCa=1.5). pH, valance and ionic strength can be used in various ways to improve the water treatment efficiency by modifying the charge characteristics of the particle and collector. Predictive capability is far less certain when EDL(electrical double layer) repulsive forces exist between the particle and collector.
본 연구의 목적은 토양입자에 대한 전기화학적 특성을 평가함으로써 동전기 기술을 실제 현장에서 적용시, 오염물을 효과적으로 제거하기 위한 최적 운전방법이나 인자를 도출하는 것이다. 토양입자의 제타포텐셜을 토양용액의 pH와 계면활성제의 농도에 대하여 측정하여 전기삼투압적 흐름방향 및 흐름율과의 관계를 분석하였다. 동전기 실험동안, 전기삼투압 투과율($k_e$), 전기전도도($\delta_e$) 및 전압분포에 대한 측정을 실시하였다. Kaolinite의 PZC는 4.2정도로 측정되었으며 pH가 증가할수록 제타포텐셜 감은 점점 음의 값이 증가하는 경향을 나타내었다. 주입된 계면활성제 또한 토양 표면의 전기화학적 특성에 영향을 주어 제타포텐셜 값을 변화시키는 결과를 나타내었다. 동전기 실험이 진행되는 동안, 토양시료의 대부분에 걸쳐 낮은 pH값을 나타내었으며 이로 인하여 용액과 전기적 흐름이 낮아지는 결과를 초래하였다. 또한, 전압 분포도 시간에 따라 변화하여 용액과 전기적 흐름 특성에 영향을 주었다. 결과적으로, 낮은 pH에 의한 토양의 제타포텐셜 값의 변화와 구간별로 다른 전압차분포로 인하여 용액과 전기적 흐름이 영향을 받는다는 결과를 본 연구로부터 얻었다. 효과적인 동전기 공정의 적용을 위하여 인위적인 토양 용액의 pH 조절이나 토양의 전기적 특성을 변화시키는 물질 등을 동시에 주입함으로써 오염물을 제거하는 용매의 흐름이 계속적으로 높게 유지되도록 하는 방안이 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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