자원처리 - 전기적 이중층 (Electrical Double Layer)

I. Electrical Double Layer (EL): 전기적 이중층의 개념

 

유체 속 광물입자(혹은 콜로이드)의 표면은 입자의 특성, 용매의 성질 등 다양한 원인에 의하여 특정한 부호로 대전되어 있습니다. 따라서, 이런 광물입자는 흔히 전기적 이중층이라 불리는 구조로 둘러 쌓여 있으며, 해당하는 구조는 아래와 같이 고정층과 확산층으로 구성되어 있습니다.

 

˙ 고정층(①, Stern Layer): 거의 광물입자의 표면전위(Surface Charge)의 반대부호를 가진 이온들이 흡착되어 있는 층

˙ 확산층(②, Diffuse Layer): 광물입자의 표면으로부터 거리가 멀어짐에 따라, 표면 전위의 부호와는 관계없이 두 부호의 이온이 모두 존재하는 층

˙ 모액 혹은 전해액(③)

Electrical Double Layer

*[참고] 제타 포텐셜(Zeta Potential)

II. Origin of Surface Charge: 입자가 유체 속에서 표면전위를 띄는 이유

 

(1) Dissociation/Ionisation of Surface Groups(입자표면에서의 해리/이온화)

 

˙ 입자 표면에서의 해리/이온화는 표면을 음/양으로 대전시키며, 대전된 정도는 입자 표면 부근의 산/염기의 강도와 용액의 pH에 의하여 결정 됨

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(2) Ion/Surfactant Adsorption(용액의 이온 또는 계면활성제의 흡착) 

 

˙ 입자표면에 이온 또는 계면활성제가 흡착됨에 따라서 표면이 많이 흡착된 이온과 동일한 부호로 대전

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(3) Ion Dissolution(이온 용해)

 

˙ 이온결정을 구성하고 있는 양이온 또는 음이온이 용해되어나와, 전기적으로 불균형을 이루어 입자의 표면이 대전

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(4) Isomorphous Substitution(동형치환)

 

˙ 이온결정의 격자구조를 구성하는 원자가 그 격자를 구성할 수 있는 다른 원자와 바뀜으로써 원자가(Valency)가 달라져 표면이 대전되는 것이며, 이는 주로 점토광물에서 발생

˙ 예를 들어, 고령토와 같이 점토광물 내 Si⁴⁺ 가 Al³⁺으로 치환됨으로써 음으로 대전됨