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三种金属阳离子对SDS表面活性剂溶液的影响研究

来源:应用化工 浏览 148 次 发布时间:2023-08-10

本文通过测定在十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中添加Na+、Cu2+和Fe3+三种金属阳离子之后的表面张力,试图找出阳离子如何影响表面活性剂的作用效果,从而降低了水溶液的表面张力。


三种无机盐的加入可以降低表面张力;当NaCl、CuCl2,Fe(NO3)3的浓度在40,1.25,1.25 mmol/L以下范围内,在一定量SDS表面活性剂溶液浓度下,随着无机盐浓度的增加,表面张力逐渐减小;当超过无机盐添加浓度上限后,在一定量的SDS表面活性剂溶液浓度下,随着无机盐浓度的增加,表面张力将达到稳定。同时,无机盐浓度的增加可以降低表面张力达到最低时所对应的SDS表面活性剂溶液浓度值(Ct),各体系下的Ct即为cmc值,当三种无机盐添加浓度达到上限值后,表面张力达到最小值时所对应的SDS表面活性剂溶液浓度都是3 mmol/L,加入Fe(NO3)3、CuCl2和NaCl之后,溶液的表面张力由37.29 mN/m分别降至21.35,23.44,27.53 mN/m。


这是由于当无机盐添加浓度未达上限值时,由于反离子的加入可以降低表面活性离子之间的静电斥力,而无机盐浓度越高,反离子浓度越大,导致表面活性离子之间的静电斥力降低程度越大,从而使得表面张力越小,如图1所示。而当超过无机盐添加浓度上限时,表面张力达到稳定,其可能的原因是反离子和表面活性剂分子在有限数量空位的表面已达近饱和状态,导致静电斥力的降低程度达到最大。


三种无机盐离子降低表面张力的能力为:Fe3+>Cu2+>Na+。这是由于价态越高的反离子压缩双电层扩散的能力越大,使得表面活性剂分子更加容易在表面聚集吸附,而导致降低表面张力的能力要强;高价离子因为电荷密度高,与表面活性剂结合能力更强,使表面活性剂在气液界面形成类似gemini等多聚体的结构,所以性质有突变,所需盐浓度更低、表面张力更低。


表面活性剂的作用是降低水的表面张力,其效果大小可以用水表面张力降低程度衡量。本研究设定M为无机盐阳离子对于表面活性剂溶液的作用效果,用添加无机盐之后SDS溶液表面张力的降低值(ΔγSDS+salt,纯水表面张力减去添加无机盐之后溶液的表面张力)比未添加无机盐SDS溶液表面张力的降低值(Δγ,纯水表面张力减去未添加无机盐溶液的表面张力)来表示,即:


M=ΔγSDS+salt/Δγ


结论


(1)添加无机盐,可以降低SDS的cmc值,cmc值随无机盐离子浓度增大而降低,无论何种无机盐,cmc值均降至3 mmol/L。

(2)不添加无机盐,溶液达到cmc值时,溶液的表面张力为37.29 mN/m,加入NaCl后溶液表面张力为27.53 mN/m;加入CuCl2后溶液表面张力为23.44 mN/m;加入Fe(NO3)3后溶液表面张力为21.35 mN/m。


(3)不添加无机盐,溶液达到cmc值时,溶液的表面扩展黏度为1.70 mN·s/m,加入NaCl后溶液扩展黏度为2.21 mN·s/m;加入CuCl2后溶液扩展黏度为2.58 mN·s/m;加入Fe(NO3)3后溶液扩展黏度为2.75 mN·s/m。


(4)通过引入M值,分析可得SDS分子呈长条形结构,推定其纵截面和横截面之比可达6.04倍以上,或直径比可达2.46倍以上。


(5)无机盐阳离子提高SDS降低水表面张力值作用效果的机理为:负电荷在SDS分子的纵截面的顶部,阳离子通过正电荷吸引SDS的负电荷端,使得纵截面横躺在溶液表面,增加了SDS分子在表面的覆盖面积,从而增大了SDS降低水的表面张力值的作用效果。


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