裸とポリマーでコーティングされた鉄とシリカ間の相互作用の力：pH、イオン強度、およびフミン酸の効果

シリカ基質と鉄粒子間の相互作用は、原子間力顕微鏡ベースの力分光法（AFM）を使用して調査されました。採用されたマイクロメーターおよびナノサイズの鉄粒子は、むき出しになっているか、カルボキシメチルセルロース（CMC）でコーティングされていました。これは、鉄粒子懸濁液を安定化するために使用されるポリマーです。相互作用の力に対する水化学の効果は、変化するイオン強度（100 mM NaClおよび100 mMCacl₂）またはpH（4、5.5、および8）または10 mg/Lのフミン酸（HA）を導入することによって調査されました。粒子がコーティングされていない場合、シリカと鉄の間のアプローチ上の力は、pH 4および5.5、およびpH 8で100 mMCACl₂で魅力的でしたが、pH 8に緩衝された100 mM NaClで無視でき、pH 8およびHA溶液で緩衝された水で反発しました。HAは、おそらく鉄粒子への収着のために、おそらく鉄粒子とシリカの間にエレクトロスティックな反発を生成しました。シリカへのHA収着は、散逸モニタリングを伴う石英結晶微量バランスで行われた実験に基づいて除外されました。CMCでコーティングされた鉄による反発は、イオン強度が高くなって減衰されたエレクトロス力に起因していました。拡張されたDLVOモデルとOhshimaの理論の修正バージョンは、モデルAFMデータに成功裏に利用されました。

The interactions between a silica substrate and iron particles were investigated using atomic force microscopy-based force spectroscopy (AFM). The micrometer- and nanosized iron particles employed were either bare or coated with carboxymethyl cellulose (CMC), a polymer utilized to stabilize iron particle suspensions. The effect of water chemistry on the forces of interaction was probed by varying ionic strength (with 100 mM NaCl and 100 mM CaCl₂) or pH (4, 5.5, and 8) or by introducing 10 mg/L of humic acids (HA). When particles were uncoated, the forces upon approach between silica and iron were attractive at pH 4 and 5.5 and in 100 mM CaCl₂ at pH 8, but they were negligible in 100 mM NaCl buffered to pH 8 and repulsive in water buffered to pH 8 and in HA solutions. HA produced electrosteric repulsion between iron particles and silica, likely due to its sorption to iron particles. HA sorption to silica was excluded on the basis of experiments conducted with a quartz-crystal microbalance with dissipation monitoring. Repulsion with CMC-coated iron was attributed to electrosteric forces, which were damped at high ionic strength. An extended DLVO model and a modified version of Ohshima's theory were successfully utilized to model AFM data.