입자 영상 처리 시스템을 이용한 콜로이드 입자의 제타포텐셜 측정 및 나노유체 분산 특성 연구 A Study on the Zeta Potential Measurement and the Stability Analysis of Nano Fluids using a Particle Image Processing System원문보기
Zeta potential measurements of colloid particles suspended in a liquid are performed by a Zeta Meter developed. There are many applications of colloid stability in spray technology, paints, wastewater treatment, and pharmaceuticalse. Zeta potentials of charged particles are obtained by measuring the...
Zeta potential measurements of colloid particles suspended in a liquid are performed by a Zeta Meter developed. There are many applications of colloid stability in spray technology, paints, wastewater treatment, and pharmaceuticalse. Zeta potentials of charged particles are obtained by measuring the electrophoretic velocities of the particles using video enhanced microscopy and image analysis program. The values of zeta potential of polystyrene latex(PSL), $silica(SiO_2)$M, polyvinylidence difluoride(PVDF), silicon nitride, and alumina particles in deionized (DI) water were measured to be -40.5, -31.9, -25.2, -15.1 and -10.1mV, respectively. The particles having high zeta potential less than -20 mV are stable in DI water, because the double layers of them have strong repulsive forces mutually, and the particles having low zeta potential over -20mV are unstable due to Van Der Waals forces. Silica(>20nm), PSL, aluminum and PVDF particles were found to be stable that would remain separate and well disperse, while silicon nitride and alumina particles were found to be unstable that would gradually agglomerate in DI water.
Zeta potential measurements of colloid particles suspended in a liquid are performed by a Zeta Meter developed. There are many applications of colloid stability in spray technology, paints, wastewater treatment, and pharmaceuticalse. Zeta potentials of charged particles are obtained by measuring the electrophoretic velocities of the particles using video enhanced microscopy and image analysis program. The values of zeta potential of polystyrene latex(PSL), $silica(SiO_2)$M, polyvinylidence difluoride(PVDF), silicon nitride, and alumina particles in deionized (DI) water were measured to be -40.5, -31.9, -25.2, -15.1 and -10.1mV, respectively. The particles having high zeta potential less than -20 mV are stable in DI water, because the double layers of them have strong repulsive forces mutually, and the particles having low zeta potential over -20mV are unstable due to Van Der Waals forces. Silica(>20nm), PSL, aluminum and PVDF particles were found to be stable that would remain separate and well disperse, while silicon nitride and alumina particles were found to be unstable that would gradually agglomerate in DI water.
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문제 정의
본 연구에서는 콜로이드 입자의 분문 전처리과정으로서, 입자의 동전기 특성을 이용하여 액체 내에 존재하는 콜로이드 입자의 제타포텐셜을 측정하는 Zeta Meter 장치를 구성하여, 콜로이드 입자의 분산 안정성과 액체의 PH 조건에 따른 입자 분산 특성을 분석하고자 한다. 액체 내에서 음전기를 띤 콜로이드 입자가 외부 전기장 하에서 양의 전극으로 움직이게 되는데 주어진 전기장 하에서 입자속도를 측정함으로서 그 입자가 띠고 있는 표면 전기적 특성인 제타포텐셜의 값을 측정할 수 있다.
가설 설정
1은 액체에 부유하는 콜로이드 입자의 안정성에 대해 나타낸 것이다. (a)처럼 표면 전위가 높으면 입자들 간의 반발력으로 인해 콜로이드는 안정하게 된다. 반대로 (b)처럼 표면 전위가 낮으면 입자의 자유 브라운 운동으로 인해 입자들이 충돌하고 뭉쳐서 불안정한 상태가 된다.
제안 방법
본 연구에서는 입자 영상 처리 시스템을 이용하여 액체 내에 존재하는 콜로이드 입자의 제타포텐셜을 측정하는 Zeta Meter 장치를 구성하여, 콜로이드 입자의 분산 안정성과 액체의 pH 조건에 따른 입자 분산 특성을 분석하였다.
대상 데이터
7 mm인 스테인레스 스틸 전극으로 콜로이드 혼합액을 셀에 주입할 뿐만 아니라 전극을 가하여 셀 내에 전기장을 형성시킬 때도 사용된다. 셀은 U형 채널과 상부의커버 글라스, 그리고, 두 개의 End Glass로 구성되어 있으며, 사각 셀의 내부 크기는 1.0(깊이)x 4.0( 길이)xlLO(폭) mm 이다. Fig.
성능/효과
(2) 콜로이드 입자의 제타포텐셜을 측정한 결과, 물 속에 있는 대부분의 입자는 음전하를 지니고 있으며, PSL, Aluminum, Silica, Silicon, PVDF, Silicon Nitride, Alumina 입자는 각각 -40.5, -39.4, -31.9, -26.0, -25.2, -15.1, -10.1 mV의 제타포텐셜을 지니고 있으며, 이 중에서 PSL, Aluminum, Silica(>20 nm), Silicon 입자는 각각의 제타포텐셜이 -40.5, -39.4. -31.
(3) pH 변화에 따른 제타포텐셜 측정 결고卜, PH 가 증가함에 따라 제타포탠숼이 (-)로 증가하는 것으로 측정되었다.
Fig. 7은 pH 변화에 따른 PSL, Silica (AEROSIL 200, Degussa), Alumina(Gamma -Alpha형)와 PVDF의 제타포텐셜 값을 나타낸 것이며 PSL의 제타포텐셜은 -40 mV로 모든 영역의 pH영역에서 비숫하게 나타났으며, Silica, PVDF는 pH가 증가함에 따라 제타포텐셜이 증가하는 것으로 측정되었다. 여기서, Iso-Electric Points(IEP)t 즉 제타포텐셜 값이 0 mV가 되는 점은 PVDF와 Alumina에 대하여 각각 pH 2와 pH 5.
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