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三種金屬陽(yáng)離子對(duì)SDS表面活性劑溶液的影響研究
來(lái)源：應(yīng)用化工 瀏覽 2205 次 發(fā)布時(shí)間:2023-08-10
本文通過(guò)測(cè)定在十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液中添加Na+、Cu2+和Fe3+三種金屬陽(yáng)離子之后的表面張力，試圖找出陽(yáng)離子如何影響表面活性劑的作用效果，從而降低了水溶液的表面張力。
三種無(wú)機(jī)鹽的加入可以降低表面張力；當(dāng)NaCl、CuCl2，F(xiàn)e(NO3)3的濃度在40，1.25，1.25 mmol/L以下范圍內(nèi)，在一定量SDS表面活性劑溶液濃度下，隨著無(wú)機(jī)鹽濃度的增加，表面張力逐漸減小；當(dāng)超過(guò)無(wú)機(jī)鹽添加濃度上限后，在一定量的SDS表面活性劑溶液濃度下，隨著無(wú)機(jī)鹽濃度的增加，表面張力將達(dá)到穩(wěn)定。同時(shí)，無(wú)機(jī)鹽濃度的增加可以降低表面張力達(dá)到最低時(shí)所對(duì)應(yīng)的SDS表面活性劑溶液濃度值(Ct)，各體系下的Ct即為cmc值，當(dāng)三種無(wú)機(jī)鹽添加濃度達(dá)到上限值后，表面張力達(dá)到最小值時(shí)所對(duì)應(yīng)的SDS表面活性劑溶液濃度都是3 mmol/L，加入Fe(NO3)3、CuCl2和NaCl之后，溶液的表面張力由37.29 mN/m分別降至21.35，23.44，27.53 mN/m。
這是由于當(dāng)無(wú)機(jī)鹽添加濃度未達(dá)上限值時(shí)，由于反離子的加入可以降低表面活性離子之間的靜電斥力，而無(wú)機(jī)鹽濃度越高，反離子濃度越大，導(dǎo)致表面活性離子之間的靜電斥力降低程度越大，從而使得表面張力越小，如圖1所示。而當(dāng)超過(guò)無(wú)機(jī)鹽添加濃度上限時(shí)，表面張力達(dá)到穩(wěn)定，其可能的原因是反離子和表面活性劑分子在有限數(shù)量空位的表面已達(dá)近飽和狀態(tài)，導(dǎo)致靜電斥力的降低程度達(dá)到最大。
三種無(wú)機(jī)鹽離子降低表面張力的能力為：Fe3+>Cu2+>Na+。這是由于價(jià)態(tài)越高的反離子壓縮雙電層擴(kuò)散的能力越大，使得表面活性劑分子更加容易在表面聚集吸附，而導(dǎo)致降低表面張力的能力要強(qiáng)；高價(jià)離子因?yàn)殡姾擅芏雀撸c表面活性劑結(jié)合能力更強(qiáng)，使表面活性劑在氣液界面形成類似gemini等多聚體的結(jié)構(gòu)，所以性質(zhì)有突變，所需鹽濃度更低、表面張力更低。
表面活性劑的作用是降低水的表面張力，其效果大小可以用水表面張力降低程度衡量。本研究設(shè)定M為無(wú)機(jī)鹽陽(yáng)離子對(duì)于表面活性劑溶液的作用效果，用添加無(wú)機(jī)鹽之后SDS溶液表面張力的降低值(ΔγSDS+salt，純水表面張力減去添加無(wú)機(jī)鹽之后溶液的表面張力)比未添加無(wú)機(jī)鹽SDS溶液表面張力的降低值(Δγ，純水表面張力減去未添加無(wú)機(jī)鹽溶液的表面張力)來(lái)表示，即：
M=ΔγSDS+salt/Δγ
結(jié)論
(1)添加無(wú)機(jī)鹽，可以降低SDS的cmc值，cmc值隨無(wú)機(jī)鹽離子濃度增大而降低，無(wú)論何種無(wú)機(jī)鹽，cmc值均降至3 mmol/L。
(2)不添加無(wú)機(jī)鹽，溶液達(dá)到cmc值時(shí)，溶液的表面張力為37.29 mN/m，加入NaCl后溶液表面張力為27.53 mN/m；加入CuCl2后溶液表面張力為23.44 mN/m；加入Fe(NO3)3后溶液表面張力為21.35 mN/m。
(3)不添加無(wú)機(jī)鹽，溶液達(dá)到cmc值時(shí)，溶液的表面擴(kuò)展黏度為1.70 mN·s/m，加入NaCl后溶液擴(kuò)展黏度為2.21 mN·s/m；加入CuCl2后溶液擴(kuò)展黏度為2.58 mN·s/m；加入Fe(NO3)3后溶液擴(kuò)展黏度為2.75 mN·s/m。
(4)通過(guò)引入M值，分析可得SDS分子呈長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，推定其縱截面和橫截面之比可達(dá)6.04倍以上，或直徑比可達(dá)2.46倍以上。
(5)無(wú)機(jī)鹽陽(yáng)離子提高SDS降低水表面張力值作用效果的機(jī)理為：負(fù)電荷在SDS分子的縱截面的頂部，陽(yáng)離子通過(guò)正電荷吸引SDS的負(fù)電荷端，使得縱截面橫躺在溶液表面，增加了SDS分子在表面的覆蓋面積，從而增大了SDS降低水的表面張力值的作用效果。