表面活性剂环境模拟水相温度及组分浓度响应的热力学解析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skyforce2008
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为研究环境水相微观聚集的热力学行为,本研究依照从简单到复杂的顺序,选取NaCl、FeCl3、AlCl3和SDS为模拟组分,通过表面张力σ、电导率K、粘度η的温度和组分浓度响应,进行组分形态变化的系统模拟实验,探讨模拟体系的热力学变化特征及其影响因素,为进一步研究复杂环境模拟水相提供基础数据和方法参考。 本论文研究了单价型电解质NaCl对SDS溶液物理化学性质的影响。跟踪测定了25℃到75℃(△T=5℃)温度范围内不同浓度SDS/NaCl体系的表面张力、电导率和粘度。根据σ~SDS浓度曲线,求得SDS/NaCl体系的临界胶束浓度,借助质量作用模型得出对应条件下的胶束化热力学参数。研究发现在所选温度和NaCl浓度范围内,△micG°<0,与T、In[NaCl]呈良好的线性关系;△micH°、△micS°均为正值,出现熵-焓补偿现象,且T*micS°远大于△micH°,胶束化过程属于熵驱动过程。SDS浓度较低时,SDS/NaCl体系的电导率随温度变化呈良好的线性关系;而SDS浓度较高时,由于体相中胶束的离子化程度增加,随温度变化呈现良好的二次线性关系。温度一定时,SDS/NaCl体系的电导率与NaCl浓度呈现良好的指数型关系;随温度的变化符合Inκ=-Eα/RT+B关系式。并由此得出不同温度、不同组分浓度条件下的电导活化能Eα。在本研究条件下,温度对Eα影响不大:NaCl浓度的影响在胶束形成前后表现不同:胶束形成之前,Eα随环境组分条件的改变而表现出多样的效应;而胶束形成之后,随NaCl浓度增加,Eα逐渐降低。不同NaCl浓度下,SDS/NaCl水相体系粘度随温度的变化曲线几乎与纯水体系的重合,符合Inη=△E/RT+B关系式,由此得出不同组分浓度条件下的粘度活化能△E。 另外,通过表面张力、电导率、粘度的测定,研究了具有絮凝效应的三价电解质FeCl3、AlCl3对SDS溶液性质的影响。在离子强度相同的条件下,不同价态的阳离子对SDS溶液CMC的影响不大。SDS/AlCl3体系的电导率随温度变化呈现二次线性关系,SDS/FeCl3体系电导率随温度的变化满足Inκ=-Eα/RT+B关系式,由此计算所得的电导活化能在CMC之前近似于水的粘度活化能,而在CMC大于纯水的粘度活化能。不同温度下,SDS/AlCl3体系粘度随AlCl3浓度的变化趋势一致,最低点处对应的SDS/AlCl3浓度比为1:0.4~1:0.3。25℃下,SDS/FeCl3体系的粘度最低点处对应的SDS/FeCl3浓度比约为1:0.4。
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