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​平衡/动态表面张力测定:煤基C10~13MADS VS2A1

来源:印染助剂 浏览 403 次 发布时间:2023-10-31

烷基二苯醚双磺酸钠(MADS)是二苯醚与烯烃经烷基化反应、磺化反应,最后中和得到的产物,其中烯烃源于石化资源,全部依赖进口。目前我国煤制油费托合成产物中含有50%以上的烯烃,可替代进口石油基烯烃用以制备MADS。本实验采用费托合成产物C10~13馏分段为烷基化试剂,制备煤基C10~13MADS,测定平衡表面张力、动态表面张力,并与石油基支链十二烷基二苯醚双磺酸钠(2A1)进行对比。


操作方法


平衡表面张力


采用表面张力仪进行测量。用去离子水配制C10~13MADS和2A1溶液,静置24 h,在(25.0±1.0)℃下采用吊片法进行测量。测量前采用超纯水对仪器进行校准。


动态表面张力


使用动态表面张力仪用泡压法进行测定。C10~13MADS和2A1样品溶液质量浓度为1.0 g/L,测量前静置24 h;测试温度为(25.0±1.0)℃,有效时间为0.01~250.00 s。


结果


平衡表面张力


表面活性剂降低溶液表面张力的2个主要特性是降低溶液表面张力的能力与降低溶液表面张力的效率。γcmc是表面活性剂溶液在临界胶束浓度(cmc)处的表面张力,用于表征该样品降低表面张力能力的强弱。pC20为使溶液表面张力降低20 mN/m时所需质量浓度的负对数,用于表征降低溶液表面张力的效率。图1为C10~13MADS及2A1的表面张力曲线,从中获得的表面性能参数列于表1。

图1煤基C10~13MADS及2A1的表面张力曲线

表1煤基C10~13MADS及2A1的表面性能参数


由表1可以看出,2A1的cmc低于C10~13MADS,即形成胶束的能力更强,这是由于2A1的亲水性低于C10~13MADS,疏水作用强,有利于形成胶束。2A1的pC20值大于煤基C10~13MADS,说明2A1在去离子水溶液中降低溶液表面张力的效率高于C10~13MADS。对于碳氢链型表面活性剂,气/液界面处的—CH3密度对其表面活性起着很重要的作用,—CH3密度的增大有利于溶液表面张力的降低,同时γcmc值也逐步降低。由表1可以看出,煤基C10~13MADS的γcmc大于2A1,这是由于2A1是采用四聚丙烯得到的支链十二烯为原料制备的,其疏水链的—CH3密度大于煤基C10~13MADS。


动态表面张力


在实际应用中,时间快慢起着关键性作用。比如,在泡沫的生成过程中,表面张力的降低会使液膜更容易形成,同时也会使液膜不容易收缩和破坏,得到的泡沫就比较稳定。如果溶液的表面张力下降缓慢,相比之下,液膜扩展和破裂的速度快,表面活性剂不能发挥本身的作用。因此,对于非平衡情况下溶液表面性质的研究很有意义。


由图2可以看出,在1 s内,煤基C10~13MADS和2A1的表面张力下降速度和幅度没有明显差异,在1~10 s内,2A1的表面张力下降速度和幅度变大,煤基C10~13MADS在10 s后才开始下降,并在结束时都未达到平衡。这可能是由于2A1的cmc低,游离的表面活性剂分子多,而且其有效碳链长度比较短,在气/液界面吸附比较快,从而使得表面张力下降速度快。

图2表面张力与时间关系曲线


结论:


煤基C10~13MADS的表面活性、降低表面张力的速度都比2A1差。