1.物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:包括以下步骤:n+
S1:对待测物表面用含已知浓度的AXn电解质溶液进行A 饱和处理;
n+
其中,AXn电解质溶液表示一种电荷数量为n的金属阳离子的电解质溶液,A 离子表示电荷数量为n的金属阳离子;
n+ m+
S2:用含已知浓度的BXm电解质的溶液流经待测物表面,使待测物表面的A 离子与B离子发生融合置换;
m+
其中,BXm电解质溶液表示电荷数量为m的金属阳离子的电解质溶液,B 离子表示电荷数量为m的金属阳离子;
S3:按设定的间隔时间收集流经待测物表面的流出液;
m+ m+
S4:测定流出液B 离子的活度,并计算B 离子的浓度;
m+ m+
S5:利用B 离子浓度按以下迭代公式计算B 离子的累积吸附量:m+
式中,NB(ti)是反应经历t=ti分钟后样品对B 离子的累积吸附量,m是样品质量,Vm+是设定时间间隔内的收集液体积,fB0是B 离子流入样品前的溶液浓度,fB(ti)是第i次收m+集液中B 离子的浓度,t0是设定时间间隔,ti是反应时间;
m+
S6:利用B 离子的累积吸附量NB(ti)数据,设纵坐标为y=[NB(ti+1)-NB(ti)]/(ti+1-ti)以及相对应的横坐标为x=NB(ti)+0.5[NB(ti+1)-NB(ti)],按横纵坐标在直角坐标系中位置作出直线图像,并得出该直线的截距为p0,斜率为q0,S7:根据直线的截距p0,斜率q0按下式计算该样品的表面电荷总量:m+
式中,SCN为表面电荷总量,m是B 离子的化合价。
2.根据权利要求1所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤m+S4中计算B 离子的浓度采用迭代运算法,具体包括以下步骤:n+ m+
S41:用含已知浓度的BXm电解质的溶液流经待测物表面,使待测物表面的A 离子与Bn+ m+ -离子发生融合置换:mSoil-A+nBXm=nSoil-B+mAXn;获得同时含有A ,B 和X 的溶液,计n+ m+算A 离子的浓度与B 离子的浓度: CX=mnCB;
其中,CA表示An+离子的浓度,CB表示Bm+离子的浓度,CX表示X-离子的浓度,Soil-A表示被An+离子饱和的土壤,Soil-B表示被Bm+离子饱和的土壤;
S42:测定水溶液中Bm+离子的活度,则Bm+离子活度的测定值为aB,将该离子活度值作m+ n+为第一次迭代运算B 离子的初始浓度值,即 同样,A 离子的初始浓度就为S43:计算第一次迭代运算中X-离子的浓度应为 以及第一次迭代运算中离子强度的值I(1)为:(1) (0)
式中,I 表示第一次迭代运算中离子强度系数,Zi指i离子的化合价,ci 指迭代运算中的i离子的初始浓度;
m+
S44:由Debye-Hückel极限公式的精确形式,可得此时体系中B 离子的初始活度系数:m+ (1)
其中, 表示B 离子的初始活度系数,Z+表示阳离子的电荷数量,I 表示第一次迭代的离子强度;T表示温度;
S45:计算第一次迭代后Bm+离子的浓度值S46:计算第一次迭代运算后X离子的浓度应 为:S47:计算第二次迭代的离子强度和活度系数分别为:m+
其中, 表示第二次迭代的离子活度系数, 表示第一次迭代后B 离子的浓度值,Zi表示指i离子的化合价,I(2)表示第二次迭代的离子强度;
m+
S48:计算第二次迭代后B 离子的浓度值S49:第二次迭代运算后X离子的浓度应为:S410:按上述步骤S41-步骤S49,反复迭代n次,并按以下公式计算:(n) (n-1) (n)
当满足条件(I -I )/I <0.001时,终止迭代,则最后所得浓度 为:(n) (n-1)
其中,I 表示第n次迭代的离子强度,I 表示第n-1次迭代的离子强度, 表示第m+n次迭代后B 离子的浓度值, 表示第n次迭代的离子活度系数。
3.根据权利要求1所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S7后还包括以下步骤:n+ m+
S8:按以下公式来计算向含有A 离子和B 离子的混合电解质的流动液的离子强度I:n+ m+
式中,fA0是A 离子流入待测物表面前的溶液浓度,fB0是B 离子流入待测物表面前的溶液浓度;
n+ m+
S9:将流动液的离子强度代入Davies公式从而计算出A 离子活度系数γA0与B 离子活度系数γB0;
n+ m+
S10:根据以下公式计算出A 离子与B 离子的活度:n+ m+
式中,式中γA0与γB0分别是反应达到平衡时本体溶液A 离子与B 离子的活度系数;
0 0 n+ m+
aA 和aB 分别是反应达到平衡时本体溶液A 离子与B 离子的活度。
4.根据权利要求3所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S10后还包括以下步骤:S11:在给定pH条件下用含已知浓度fA0的AXn电解质的溶液与已知浓度fB0的BXm电n+解质的溶液所构成的混合电解质溶液流经待测物表面,使得待测物表面的A 离子与BXm电m+解质的B 离子发生融合置换,并按设定的间隔时间收集流经待测物表面的流出液;
S12:重复第S1步至第S6步的操作;
m+
S13:利用B 离子的累积吸附量NB(ti)数据,设纵坐标为y=[NB(ti+1)-NB(ti)]/(ti+1-ti)以及相对应的横坐标为x=NB(ti)+0.5[NB(ti+1)-NB(ti)],按横纵坐标在直角坐标系中位置作出直线图像,并得出该直线的截距为p,斜率为q。
5.根据权利要求4所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S13后还包括以下步骤:S14:利用步骤S7得到的电荷总量,步骤S10得到的活度和步骤S13得到的直线的截距p,斜率q,代入以下公式计算待测物表面上的电位:m+ n+
式中,是待测物表面的电位,βB和βA是B 离子与A 离子的有效电荷系数,F表示Faraday常数,R表示气体常数,T表示温度。
6.根据权利要求5所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S14后还包括以下步骤:S15:利用待测物表面的电位代入下式计算待测物表面电荷密度:
2 -10 2
式中,σ0是表面电荷密度(mol/dm);ε是介质介电常数,水的ε=8.9×10 C/(J·dm)。
7.根据权利要求6所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S15后还包括以下步骤:S16:利用待测物表面的电荷密度代入下式得到待测物表面电场强度:式中,E0是待测物表面电场强度。
8.根据权利要求7所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S16后还包括以下步骤:S17:利用待测物表面的电荷总量和表面电荷密度代入下式,得到样品的比表面积:式中,S是待测物比表面积。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:还包括以下步骤:S18:输出待测物表面参数测定值。
10.根据权利要求9所述的物质表面性质参数测定的动力学方法,其特征在于:在步骤S18中输出的待测物表面参数测定值包括待测物表面电位、待测物表面电荷总量、待测物表面电荷密度、待测物表面电场强度和待测物比表面积的测定值。