表面活性剂化学()解析.ppt

3.5.3 液体油污的去除 液体油污的去除主要是依靠洗涤液对固体表面的优先润湿，通过油污的“卷缩”机理实现的。 其中，在洗涤之前，液体油污一般以铺展状态的油膜存在于物品的表面上。 γSO-γSW=γOWcosθw 如图，在洗涤剂作用下，三个表面张力发生变化。其中，γSO不发生变化(水溶性洗涤剂不溶于油)；γSW和γOW减小(洗涤剂的表面活性作用)；因此θW势必减小，于是铺展的油污发生“卷缩”。 如图，θ=180°时，油污可自发脱离固体表面；90°θ180°时，油污可在激流的水中冲走； θ90°时，需做更多机械功，或使用更高浓度的洗涤剂溶液，利用增溶作用去除油污。 3.5.4 固体污垢的去除 固体污垢往往与物体表面是点接触、黏附，主要作用为范德华力。静电引力可以加速空气中灰尘在固体表面的黏附，但并不增加黏附强度。 兰格(Lange)分段去污过程： 如图，第Ⅰ阶段，污垢P直接黏附于固体表面S上的状态；第Ⅱ阶段，洗涤液L通过在毛细管微缝隙中渗透而在S和P的固-固界面上铺展；第Ⅲ阶段，固体污垢P分散、悬浮在洗涤液L中。 洗涤剂在固体污垢去除的作用，主要体现在洗涤液L在固体表面S和固体污垢P的固-固界面上铺展过程中。当铺展系数SL/SP大于零时，洗涤液可以在固-固界面上铺展，其中SL/SP可表示为： SL/SP=γSP-γSL-γPL 洗涤剂在固体污垢去除的作用，如图3-29所示。 3.5.5 影响表面活性剂洗涤作用的因素 洗涤体系是一个复杂的多相分散体系，洗涤过程中涉及到润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等一系列复杂的物理作用或化学反应。因此，影响洗涤效果的因素也多种多样，其中主要有体系的表面或表面张力、表面活性剂在界面上的吸附状态、表面活性剂的分子结构、乳化与起泡作用等。 (1) 体系的表面或表面张力 表面活性剂降低体系的表面或表面张力，将有利于洗涤液产生良好的润湿作用，从而使液体油污“卷缩”得越完全，或使洗涤液在固-固界面更好地铺展开来，提高污垢的去除程度。 (2) 表面活性剂在界面上的吸附状态 当表面活性剂处于疏水基吸附于固-液界面，而以极性头伸入水相的吸附态时，才能提高固体表面的润湿性，有利于洗涤过程的进行。因此，阴离子表面活性剂的洗涤性能最好，非离子型次之，而阳离子型表面活性剂不宜用作洗涤剂。 (3) 表面张力的修复作用 所谓修复作用是指泡沫的液膜受外界扰动或自动排液变薄时，会通过自身收缩或由其它部位补充恢复原状的现象。 如图3-19所示，变薄处A点的液膜表面积增大，表面吸附分子的密度减小，导致局部的表面张力增加，即γAγB。而B处表面分子的密度大于A处，所以表面分子有从B处迁移到A处的趋势，同时会携带邻近的液体一起移动，从而使A处的表面张力和液膜厚度得以恢复，液膜强度复原。 液膜反抗表面扩张或收缩的解释： (a) 液膜局部变薄、面积增大，以及表面吸附分子浓度降低，表面张力也将增大。若再扩大液膜表面，则需要做更大的功。 (b) 液膜表面收缩，将会使表面吸附分子的浓度增加，表面张力减小，这也不利于表面的进一步收缩。 液膜通过收缩使该处表面活性剂浓度恢复，并且能阻碍液膜排液流失的性质，叫做Gibbs弹性。此弹性使液膜在受到冲击后，自动修补液膜变薄处，表现出自修复作用。 纯液体没有表面弹性，表面张力不会随表面积而变化，因而不能形成稳定的泡沫。 Gibbs弹性 E－液膜的弹性； γ－液体的表面张力； A－液膜的面积； T－体系的温度； N1、N2－溶液的组分。 (4) 表面电荷 若泡沫液膜表面带有相同符号的电荷，当液膜受挤压、气流冲击或重力排液使液膜减薄时，液膜的两表面将产生静电斥力作用，阻止继续排液减薄，延缓液膜变薄，提高泡沫稳定性。 (5) 泡内气体的扩散 气泡内气体的扩散速度与液膜的性质和黏度有关。液膜黏度越高，表面吸附的分子排列越紧密，气体的相对透过率越低，气泡的排气越慢，泡沫将会越稳定。 (6) 添加的表面活性剂的结构 (a) 碳氢链的长度 当疏水基碳链为长度适当的直链时，表面活性剂依靠分子间力在液膜表面形成紧密的吸附层，液膜强度和泡沫稳定性提高。碳链太短，表面膜的强度太低；碳链太长，表面膜的刚性太强，缺乏弹性，因此通常含12～14个碳原子的疏水链效果最佳。 (b) 亲水基团 当亲水基的水化能力越强，亲水基周围形成的水化膜越厚，就能将液膜中流动性强的自由水变成流动性差的束缚水，同时也提高了液膜的黏度，增加了泡沫的稳定性。 (c) 氢键作用 此外，分子结构中带有羟基、氨基和酰氨基的表面活性剂在表面膜中可形成氢键，使表面膜黏度和强度增加，达到稳定泡沫的目的。 3.4.3 表面活性剂的起泡作用 表面活性剂的起泡性是指表面活性剂溶液在外界作用下产生泡沫的难易程度。如图所示，这种带有表面活性剂双分子层水膜的气泡液