酸化亜鉛ナノ粒子の安定性と凝集挙動におけるpH、陽イオン、およびイオン強度の役割

この研究では、酸化亜鉛ナノ粒子（ZnO NP）の安定性と凝集挙動に対するpH、陽イオン、およびイオン強度（IS）の効果を調査しました。結果は、ZnO NPが等電点（pH = 8.7）で凝集しやすく、凝集率（ΔD/ΔT）が30.1であることを示しました。ZnO NPは、低いpH（pH <7）での溶解の傾向が大きく、Zn2+は、中性またはアルカリ条件よりも酸性溶液の水相により迅速に放出されました。ZnO NPのC/C0は約21.56％であり、pH 4.0の酸性溶液で安定したままでした。さらに、95.0％のC/C0比での遅い沈降は、pH = 10の下でのナノ粒子間の反発的相互作用の増加により観察されました。> k+> na+。高電子金属カチオン（Ca2+、Mg2+）は、クーロンの法則により水素原子をZnO NPの表面に競合的に吸着し、ゼータ電位を増加させ、ISでのZnO NPの懸濁液を安定化しました。さらに、電気二重層（EDL）の圧縮は、増加するにつれて静電吸着よりも強くなり、最大ΔD/ΔTは23.3（Ca2+、pH = 7、IS = 1 M）に達しました。ZnO NPのC/C0比は、pH = 7で100％から56.5％（Na+）、52.2％（K+）、45.2％（Mg2+）、および40.1％（Ca2+）に減少し、ANは0.5 Mです。陽イオンの原子価にとって、金属陽イオンの水和力とイオン半径は、金属陽イオンとZnO NPの相互作用に影響を与える他の因子である可能性があります。最後に、ZnO NP間の総相互作用エネルギーは、Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理論式を使用して計算され、計算された結果は、さまざまな水生環境条件下での実験結果と一致していました。

The effects of pH, cation valence, and ionic strength (IS) on the stability and aggregation behavior of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) were investigated in this study. Results showed that ZnO NPs were most prone to aggregation at the isoelectric point (pH = 8.7), with an aggregation rate (ΔD/Δt) of 30.1. ZnO NPs showed a greater propensity for dissolution at lower pH (pH < 7), and Zn2+ was more rapidly released into the aqueous phase in acidic solutions than neutral or alkaline conditions. The C/C0 of ZnO NPs was about 21.56% and remained stable in acidic solution of pH 4.0. Additionally, slow sedimentation with a C/C0 ratio of 95.0% was observed due to an increase in repulsive interactions between nanoparticles under pH = 10. The effect of cations on the ΔD/Δt of ZnO NPs decreased in strength as follows: Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+. High-valence metal cations (Ca2+, Mg2+) were more competitively adsorbed onto the surface of ZnO NPs with a hydrogen atom due to Coulomb's law, increasing the zeta potential and stabilizing the suspension of ZnO NPs at IS < 10 mM. Furthermore, compression of the electric double layer (EDL) became stronger than electrostatic adsorption with increasing IS, reaching a maximum ΔD/Δt of 23.3 (Ca2+, pH = 7, IS = 1 M). The C/C0 ratio of ZnO NPs decreased from 100% to 56.5% (Na+), 52.2% (K+), 45.2% (Mg2+), and 40.1% (Ca2+) at pH = 7 and an IS of 0.5 M. In addition to the cation valence, the hydration forces and ionic radii of the metal cations might be other factors that affected the interactions of metal cations with ZnO NPs. Finally, the total interaction energy between ZnO NPs was calculated using the Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theoretical formula, and the calculated results were in agreement with the experimental outcomes under various aquatic environmental conditions.