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不同濃度/溫度下陰離子表面活性劑SDS和SDBS溶液表面張力的變化
來源:石油化工應(yīng)用 瀏覽 3774 次 發(fā)布時間:2023-05-18
陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)可顯著降低氣液界面張力,減小氣液相間傳質(zhì)助力,增大氣液接觸面積及氣體在液相中的溶解度,故可加快氣體水合物生成速率。氣體水合物的生成包括氣體溶解、水合物成核、水合物生長三個階段。
1、實驗部分
1.1實驗試劑與儀器
十二烷基硫酸鈉:中國醫(yī)藥(集團)上?;瘜W(xué)試劑公司;十二烷基苯磺酸鈉:實驗室自制。
實驗儀器:K11全自動表面張力儀;HAKKE恒溫水浴系統(tǒng);FA2004B型電子天平。
1.2實驗步驟
(1)用精度為0.1 mg的FA2004B型電子天平稱取適量的表面活性劑SDS及SDBS。
(2)配制濃度分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L的SDS和SDBS溶液。
(3)在測量表面活性劑溶液表面張力之前,測得20℃的純水表面張力為72.0 mN/m,與標準值相同,說明由該實驗儀器所得數(shù)據(jù)具有較高的可信度。
(4)通過設(shè)置HAKKE恒溫水浴系統(tǒng)將放置于K11全自動表面張力儀平臺上的SDS和SDBS溶液溫度調(diào)節(jié)至實驗設(shè)定的溫度,該實驗中溫度取2、4、6、8、10℃,并在實驗過程中維持該溫度。
(5)利用Wilhelmy板法依次測量不同濃度的SDS和SDBS溶液在一定溫度下的表面張力,待所有濃度溶液表面張力測完后,繼續(xù)測量其在另一溫度下的表面張力,并記錄數(shù)據(jù)。
2、實驗結(jié)果分析
2.1十二烷基硫酸鈉溶液表面張力
2.1.1不同溫度下十二烷基硫酸鈉溶液表面張力與濃度的關(guān)系實驗研究了在溫度為2、4、6、8、10℃條件下,SDS溶液的表面張力與濃度的關(guān)系(見圖1)。
圖1不同溫度下SDS溶液表面張力與濃度的關(guān)系
由圖1可知,當(dāng)濃度在0.1~0.5 g/L時,隨著SDS溶液濃度的升高,其表面張力逐漸減?。划?dāng)濃度在0.5~0.9 g/L時,隨著SDS溶液濃度的升高,其表面張力逐漸增大。當(dāng)SDS溶液濃度為500 mg/L時,其表面張力取得最小值。
2.1.2不同濃度下十二烷基硫酸鈉溶液表面張力與溫度的關(guān)系實驗研究了在濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L條件下,SDS溶液表面張力與溫度的關(guān)系(見圖2)。
圖2不同濃度下SDS溶液表面張力與溫度的關(guān)系
由圖2可知,在2~6℃的溫度區(qū)間內(nèi),SDS溶液表面張力減小速度較快,在6~10℃的溫度區(qū)間內(nèi),SDS溶液表面張力減小緩慢。而在各溫度點,500 mg/L的SDS溶液表面張力始終低于其它濃度SDS溶液的表面張力。
2.2十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力
圖3不同溫度下SDBS溶液表面張力與濃度的關(guān)系
2.2.1不同溫度下十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力與濃度的關(guān)系實驗研究了在溫度為2、4、6、8、10℃條件下,SDBS溶液的表面張力與濃度的關(guān)系(見圖3)。由圖3可知,當(dāng)濃度在0.1~0.7 g/L時,隨著SDBS溶液濃度的升高,其表面張力逐漸減??;當(dāng)濃度在0.7~0.9 g/L時,隨著SDBS溶液濃度的升高,其表面張力逐漸增大。當(dāng)SDBS溶液濃度為0.7 g/L時,其表面張力取得最小值。
2.2.2不同濃度下十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力與溫度的關(guān)系實驗研究了在濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L條件下,SDBS溶液表面張力與溫度的關(guān)系(見圖4)。由圖4可知,對于0.5 g/L的SDBS溶液在2~4℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力減小,在4~8℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力增大,在8~10℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力減??;對于0.9 g/L的SDBS溶液在2~4℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力減小,在4~6℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力增大,在6~10℃區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高,SDBS溶液表面張力減小。在溫度相同的條件下,濃度為0.7 g/L的SDBS溶液表面張力始終低于其他濃度SDBS的表面張力。
圖4不同濃度下SDBS溶液表面張力與溫度的關(guān)系
3、結(jié)論
(1)表面活性劑SDS和SDBS均能顯著降低氣液界面的表面張力,提高水合物成核速率,縮短誘導(dǎo)時間。
(2)在2~10℃的溫度區(qū)間內(nèi),SDS和SDBS溶液表面張力均隨濃度的升高先減小后增大,且在低濃度下,溶液濃度變化對其表面張力影響更大。
(3)在0.1~0.9 g/L的濃度范圍內(nèi),SDS和SDBS溶液表面張力均隨溫度的升高而逐漸減小,而SDBS溶液表面張力減小幅度更小。
(4)在高濃度下,SDS及SDBS溶液表面張力隨濃度的升高而增大,并且有研究表明氣體水合物反應(yīng)體系中氣液界面處快速生成的水合物膜會阻礙氣液界面間的傳質(zhì)。所以,濃度過高的表面活性劑SDS和SDBS并不利于氣體水合物的快速生成。
(5)在2~10℃溫度區(qū)間內(nèi),SDS及SDBS溶液促進水合物生成的最佳濃度分別為500 mg/L和700 mg/L,此時其表面張力取得最小值。