Zetapotential

Zetapotential ist das elektrische Potential, das auf der Scherebene eines Partikels, wirkt. Die Scherebene befindet sich in geringer Entfernung von der Oberfläche des Partikels.

Kolloide Partikel, die feinstverteilt in einer Lösung vorliegen, sind aufgrund ihrer ionischen Eigenschaften oder Dipolarität elektrisch geladen. Die Entwicklung einer Nettoladung auf der Partikeloberfläche beeinflußt die Verteilung der Ionen in der benachbarten interfacialen Region. Dies bewirkt eine Aufkonzentrierung entgegengesetzt geladener Ionen in der Nähe der Partikeloberfläche.

Jedes dispersierte Partikel in einer Lösung ist von entgegengesetzt geladenen Ionen umgeben, dies ist eine feste Schicht. Außerhalb dieser Schicht variiert die Zusammensetzung von Ionen entgegengesetzter Polarität, diese formen eine Ionenwolke. Dadurch wird eine elektrische Doppelschicht in der Region der Partikel-Flüssigkeit-Grenzschicht gebildet.

Diese Doppelschicht kann als zwei Teile aufgefasst werden: eine innere Region, in der die Ionen relativ stark an die Oberfläche gebunden sind und eine äußere oder diffuse Region in der die Ionenverteilung durch elektrostatische Kräfte und thermische Bewegung balanciert wird. Das Potential in dieser Region fällt mit zunehmender Entfernung von der Partikeloberfläche ab bis dieses Null wird (Siehe Diagramm rechts).

Wird eine elektrische Spannung an eine Lösung mit dispersen Partikeln angelegt, so werden diese, begleitet von der festen Schicht und einem Teil der diffusen Doppelschicht, immer zur entgegengesetzt geladenen Elektrode gezogen. Das Potenzial an der Grenzfläche zwischen dem Partikel mit der Ionenatmosphäre und dem umgebenden Medium ist das Zetapotential.

Das Zetapotential ist eine Funktion der Oberflächenladung eines Partikels, den adsorbierten Schichten und der Natur und Zusammensetzung des umgebenden Mediums, in dem die Partikel suspendiert sind.

Berechnet werden kann das Zeta-Potential mit der Smoluchowski-Gleichung:

Das Prinzip der ermittlung des Zetapotentials ist sehr einfach.

Ein kontrolliertes elektrisches Feld wird mittels Elektroden in eine Probe der Lösung angelegt. Dies verursacht ein wandern der geladenen Partikel in Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode. Viskose Kräfte wirken auf das sich bewegende Teilchen, die versuchen die Teilchenbewegung zu stoppen. Das resultiert in der Einstellung eines Gleichgewichts zwischen dem Effekt der elektrostatischen Anziehung und dem Bremseffekt der Viskosität der Flüssigkeit. Aus diesem Grund erreicht das Partikel eine konstante terminale Geschwindigkeit.

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

Zetapotential in Filtern

Die meisten Materialien, die im Wasser eingetaucht sind weisen ein Zetapotential auf. Die Mehrheit der in demineralisiertem Wasser noch enthaltenen Verunreinigungen, inklusive der meisten Kolloide, Partikel, Bakterien etc. sind negativ geladen. Filermedien können chemisch modifiziert werden um diesen ein Zetapotential zu geben.

Elemente mit positivem Zetapotential bieten entscheidende Vorteile: Sie entfernen zusätzlich sehr feine negativ geladene Organismen und Partikel, deren Durchmesser deutlich unter dem Mikron-Rating liegt. Der Mechanismus zur Entfernung ist elektrostatische Anziehung, diese wirkt besonders im typischen pH-Bereich von demineralisiertem Wasser (pH 5-8).

Werden die aktiven Stellen mit den gesammelten Partikeln beladen, so sinkt die Entfernungs-Effektivität mittels elektrostatischer Anziehung ab. Auf jeden Fall sinkt die aktuelle Effizienz des Systems nie unter die Effektivität des Filters. Da die Membran sehr porös ist, liegt die gesamte Membranfläche mit positivem Zetapotential um ein Vielfaches höher als die effektive Filtrationsfläche. Aus diesem Grund ist die Kapazität für elektrostatische Adsorption feiner Partikel sehr hoch.

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