Potencjał Zeta

Potencjał Zeta to potencjał elektryczny, który istnieje na granicy faz (adsorpcyjnej i dyfuzyjnej) ("shear plane") cząsteczki, która znajduje się w malej odległości od powierzchni.

Cząsteczki koloidalne rozproszone w roztworze są naładowane elektrycznie ze względu na swoje właściwości jonowe i cechy dipolarne. Powstawanie ładunku (net charge) na powierzchni cząsteczki wpływa na dystrybucje jonów w sąsiednim regionie, powodując zwiększoną koncentracje blisko powierzchni jonów przeciwnych (jonów o ładunku przeciwnym do tego, który jest na cząsteczce). Każda cząsteczka rozproszona w roztworze otoczona jest przez jony naładowane przeciwnie, co nazywa się warstwa nieruchomą ('fixed layer"). Na zewnątrz tej warstwy znajdują się zróżnicowane kompozycje jonów o przeciwnych polarnościach, tworząc "chmurę". Dlatego podwójna warstwa elektryczna jest formowana w obszarze na granicy faz cząsteczka -ciecz.

Ta podwójna warstwa składa się z dwóch części: region wewnętrzny, który zawiera jony związane stosunkowo mocno z powierzchnią, oraz region zewnętrzny lub dyfundowany, w którym dystrybucja jonów jest określana poprzez równowagę sił elektrostatycznych i przypadkowy ruch termalny. Dlatego potencjał w tym obszarze spada wraz z odległością od powierzchni do momentu, aż w pewnej odległości osiągnie on wartość zero (graf po lewej).
 

Kiedy napięcie jest aplikowane do roztworu, w którym rozproszone są cząsteczki, cząsteczki są przyciągane przez elektrodę o przeciwnej polarności wraz z warstwą nieruchomą i częścią zdyfundowanej podwójnej warstwy. Potencjał na granicy tych faz (w obszarze miedzy "obwódka" jonów wokół cząsteczki a otaczającym medium), nazywa się potencjałem Zeta. 

Potencjał Zeta jest funkcją ładunku na powierzchni cząsteczki, warstwy adsorbowanej do niej przylegającej oraz natury i kompozycji otaczającego medium, w którym zawieszona jest cząsteczka.
Potencjał Zeta może być obliczony według następującego równania Smoluchowskiego:

Zasada określania potencjału Zeta jest bardzo prosta.
Kontrolowane pole elektryczne jest wprowadzane przez elektrody zanurzane w próbce roztworu i to powoduje ruch naładowanych cząsteczek w kierunku elektrody o przeciwnej polarności. Siły lepkości działające przeciwnie do ruchu cząsteczek stawiają opór temu ruchowi i equilibrium (równowaga) jest nagle osiągana pomiędzy zjawiskiem elektrostatycznego przyciągania i oporem wynikającym z sił lepkości. Dlatego cząsteczka osiąga stała lepkość.

Źródło: http://nition.com/en/products/zeecom_s.htm

Potencjał Zeta w filtrach

Większość materiałów, kiedy jest zanurzona w wodzie wykazuje potencjał Zeta. Większość zanieczyszczeń wody demineralizowanej, łącznie z koloidami, cząsteczkami, bakteriami i pyrogenami (fragmentami bakterii), są naładowane ujemnie. Medium filtracyjne może być zmodyfikowane chemicznie aby nadać mu ładunek dodatni.

Elementy z dodatnio naładowanym potencjałem Zeta mają ważna zaletę: usuwają one dodatkowo bardzo drobne ujemnie naładowane organizmy i cząsteczki, dużo poniżej wartości mikronowej. Mechanizm usuwania to przyciąganie elektrostatyczne, i jest efektywne w wodzie z ponad typową wartością pH wody demineralizowanej (pH 5-8).

Ponieważ obszary aktywne są zajęte przez zgromadzone cząsteczki, wydajność usuwania poprzez przyciąganie elektrostatyczne spada. Jednakże, właściwa wydajność nie spadnie poniżej wielkości usuwanej przez filtr. Ze względu na wysoce porowata naturę membrany, właściwa całkowita powierzchnia membrany zawierająca obszary o dodatnim potencjale Zeta jest kilka rzędów wielkości większa niż efektywna powierzchnia filtracji. Dlatego, pojemność/zdolność adsorpcji elektrostatycznej drobnych cząsteczek jest bardzo duża. 

Powiązane tematy

Współczynnik Beta

Metoda pęcherzykowa

Ocena absolutna Vs. nominalna filtra

Filtry do osadów

Filtracja olejów i bloczki do filtracji olejów