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原子力显微镜在矿物颗粒与药剂相互作用研究中的应用

栏目:行业新闻 发布时间:2022-04-27

原子力显微镜的空间分辨率高达10亿倍,是电子显微镜的1000倍,可以直接观察到物质的分子和原子,为人类提供了探索微观世界的理想工具。

原子力显微镜以带有尖锐微小探针(Tip)的微悬臂(Cantilever)作为传感器,利用压电陶瓷扫描器及反馈电子线路,在探针接近样品表面处控制其相对于样品的扫描及定位特性,根据探针尖端原子与样品表面原子之间的作用力引起的微悬臂弯曲形变,利用光学位变检测微悬臂形变的大小,并推算出力的大小,再根据力与距离的关系来获得样品表面形貌的三维结构信息以及其它各种相关性质,揭示定域形貌、化学和机械性质。

原子力显微镜在矿物颗粒与药剂相互作用研究中的应用浮选过程中为强化分选效果会添加各种药剂,浮选药剂的作用主要是调节有用矿物与脉石矿物的表面性质,提高浮选分离的速度和选择性。通常以药剂吸附密度和吸附热计算等宏观手段来间接研究矿物颗粒与药剂间的相互作用,但原子力显微镜能对矿物颗粒与药剂间的微观作用力进行直接的分析,对深入了解药剂作用机理,指导药剂的合成与筛选具有重要意义。

悬浮颗粒的稳定性与颗粒之间的排斥力有关,排斥力越大悬浮体系越稳定。J.Nalaskowski等通过原子力显微镜,分析了阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂DDAH存在时,煤颗粒与树脂颗粒间的相互作用,并与煤颗粒和树脂颗粒在SDS和DDAH溶液中的动电位和稳定性进行相关性分析。

表面活性剂浓度和F/R关系三维图如图10所示,从图可知,当SDS浓度在1×10-3M时,颗粒间的排斥力最大,此时悬浮颗粒的稳定性最好。SDS的浓度同时也影响力的作用距离。此结果与用动电位来分析的稳定性结果相符,动电位绝对值高时对应的斥力大,悬浮颗粒更稳定。在DDSH系统中,当浓度超过1×10-3M时排斥力达到最大,最小排斥力出现在1×10-5M至1×10-4M之间,此时颗粒表面的zeta电位接近零电点。

原子力显微镜测量结果和用动电位分析悬浮液稳定性的结果吻合得很好,这些结果表明原子力显微镜测量技术不仅可以用来预测等电点,而且可以用来分析悬浮液稳定性,不仅适用于存在表面活性剂时的光滑亲水表面,而且适用于粗糙疏水表面。