The effect of humic acid on the aggregation of titanium dioxide nanoparticles under different pH and ionic strengths

Zeta电位 离子强度 化学 腐植酸 零电荷点 动态光散射 表面电荷 二氧化钛 水溶液 纳米颗粒 位阻效应 离子键合 化学工程 无机化学 离子 立体化学 有机化学 物理化学 工程类 肥料
作者
Miao Zhu,Hong-Tao Wang,Arturo A. Keller,Tao Wang,Fengting Li
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:487: 375-380 被引量:180
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2014.04.036
摘要

With the increasingly widespread use of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs), the particles' environmental impacts have attracted concern, making it necessary to understand the fate and transport of TiO2 NPs in aqueous media. In this study, we investigated TiO2 NP aggregation caused by the effects of humic acid (HA), ionic strength (IS) and different pH using dynamic light scattering (DLS) to monitor the size distribution of the TiO2 NPs continuously. It was determined that HA can influence the stability of TiO2 NPs through charge neutralization, steric hindrance and bridging effects. In the absence of IS, aggregation was promoted by adding HA only when the pH (pH = 4) is less than the point of zero charge for the TiO2 NPs (pHPZC ≈ 6) because HA reduces the zeta potential of the TiO2 NPs via charge neutralization. At pH = 4 and when the concentration of HA is 94.5 μg/L, the zeta potential of TiO2 NPs is close to zero, and they reach an aggregation maximum. A higher concentration of HA results in more negatively charged TiO2 NP surfaces, which hinder their aggregation. When the pH is 5.8, HA enhances the negative zeta potential of the TiO2 NPs and increases their stability via electrostatic repulsion and steric hindrance. When the pH (pH = 8) is greater than pHpzc, the zeta potential of the TiO2 NPs is high (~ 40 mV), and it barely changes with increasing HA concentration. Thus, the TiO2 NPs are notably stable, and their size does not grow at pH 8. The increase in the critical coagulation concentration (CCC) of TiO2 NPs indicated that there is steric hindrance after the addition of HA. HA can enhance the coagulation of TiO2 NPs, primarily due to bridging effect. These findings are useful in understanding the size change of TiO2 NPs, as well as the removal of TiO2 NPs and HA from aqueous media.
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