收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锂皂石及HMHEC与表面活性剂协同稳定的泡沫

张水燕  
【摘要】: 泡沫是气体分散在液体中的分散体系,其中气体是分散相,液体是分散介质。泡沫属于热力学不稳定体系,泡沫的不稳定性在于体系具有较大的界面面积和较高的表面能,所以体系具有减少界面面积使其能量降到最低的自发趋势。纯液体是不能形成气泡的,除非有表面活性物质存在。能够起泡的表面活性物质主要有三类:表面活性剂、高分子聚合物和固体颗粒。在实际工业中,比如石油开采、矿物浮选、食品加工等体系中往往既有颗粒也有表面活性剂,有时还有聚合物,所以研究颗粒和表面活性剂以及聚合物和表面活性剂协同稳定的泡沫就具有重要的现实意义。有鉴于此,本论文研究了颗粒/表面活性剂、聚合物/表面活性剂体系协同稳定的泡沫,得到了一些重要的有实际意义的结果。这些研究不论是对胶体化学基础理论的深入,还是对这类复合体系在工业过程中的应用,都有一定的指导作用。 合成锂皂石(Synthetic Laponite)是一种人工合成的圆盘状粘土矿物,由于其晶格结构中部分二价的镁离子被一价的锂离子置换(同晶置换),导致其粒子表面带有永久负电荷。合成锂皂石纯度高、粒径分布窄,经常作为理论研究的模型。鉴于合成锂皂石颗粒的结构特点和重要的实际应用价值,本文以合成锂皂石颗粒为研究对象,研究了其与阳离子表面活性剂(CTAB)及非离子表面活性剂(C_(12)E_4)协同稳定的泡沫。另外,考虑到疏水改性的聚合物在水溶液中具有独特的耐盐、增粘及两亲性,已成为水溶性聚合物领域中最活跃的研究热点之一,所以还选择了疏水改性的羟乙基纤维素(HMHEC),开展了HMHEC与表面活性剂(SDS、CTAB、C_(12)E_4)的相互作用以及复配制备泡沫的工作。 本文的主要内容包括以下几个部分: 1.锂皂石颗粒和阳离子表面活性剂CTAB共同稳定的泡沫 我们首先研究了CTAB在锂皂石颗粒表面的吸附,包括吸附等温线、TGA/DSC、颗粒电势、三相接触角等,然后考察了两者共同稳定的泡沫。CTAB在锂皂石上吸附后,颗粒电势的绝对值先降低,经过等电点后又开始升高,最后达到一平台值。颗粒的疏水性则先增大后减小,在CTAB的初始浓度约为1.7cec时达到最大。这里的疏水性是相对的,接触角仍然小于90°。通过TGA/DSC实验发现,CTAB在锂皂石上的吸附在1.7cec附近发生吸附单层到双分子层的转换,也进一步验证了颗粒疏水性的变化规律。 泡沫的稳定性实验表明,在固定的颗粒浓度下,泡沫的稳定性随CTAB浓度的增加先增大后减小,最后达到平台值。在1.7cec处得到最稳定的泡沫。当CTAB的浓度小于1.0cec时,表面活性剂靠静电引力吸附在颗粒表面上,此后,吸附过程受疏水作用驱动。表面活性剂在颗粒表面首先形成二维的聚集体,这种二维聚集体呈半胶束结构,疏水基朝外,所以颗粒的疏水性逐渐增加,在1.7cec附近达到最大,泡沫的稳定性也最大。当CTAB的浓度大于1.7cec时,表面活性剂在颗粒表面又开始形成反半胶束,表面活性剂的亲水基朝外,所以颗粒的疏水性又开始下降,泡沫的稳定性也下降。可见泡沫的稳定性是与CTAB在锂皂石上的吸附特性紧密相关的。泡沫最稳定的体系中颗粒的疏水性最大,但是并不对应着颗粒带电量最少,即在决定泡沫的稳定性上,颗粒疏水性比电性质要关键。在中间表面活性剂浓度内,我们用干泡实验和荧光共聚焦显微镜均证明了表面活性剂改性的颗粒在气泡表面形成了吸附。共聚焦显微镜照片表明颗粒以聚集体的形式吸附,吸附的颗粒和未吸附的颗粒相互牵连,形成框架结构,这种结构大大提高了泡沫的稳定性。当颗粒又重新变为亲水后,泡沫体系主要由表面活性剂稳定,有三点可以证实:一是混合体系泡沫的稳定性和单独表面活性剂在大于cmc时的相近,呈一平台:二是干泡沫相内没有留下任何颗粒的痕迹;三是混合体系泡沫的稳定性与颗粒浓度无关。 2.锂皂石颗粒和非离子表面活性剂共同稳定的泡沫 系统研究了锂皂石颗粒和烷基醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂(C_(12)E_4)协同稳定的泡沫。C_(12)E_4在锂皂石上的吸附呈多层吸附形式,不同于较长亲水链的同类型表面活性剂,这可能是由于C_(12)E_4在溶液中能形成层状相的缘故。对锂皂石/C_(12)E_4体系,两者对泡沫具有协同稳定性,而且该协同作用随着C_(12)E_4浓度的增加而增强。通过光学显微镜观察发现,锂皂石/C_(12)E_4水分散体系制备的气泡尺寸小于C_(12)E_4单独制备的气泡尺寸。荧光共聚焦显微镜照片清楚的表明,改性后的颗粒分布在气泡的表面、气泡层间和Plateau边界区域,气泡处在颗粒形成的三维网络结构的网格内。这种结构大大提高了泡沫稳定性。泡沫的稳定性随着表面活性剂浓度的提高逐渐增加,其原因是随着表面活性剂浓度的增加,颗粒在气泡表面的吸附密度增加,吸附膜的致密性增大。颗粒zeta电势的下降也促进了颗粒在气泡表面的吸附。 为了对比起见,还简单研究了锂皂石/C_(12)E_(23)和二氧化硅/C_(12)E_4两种体系。对于锂皂石/C_(12)E_(23)体系,两者对泡沫稳定性没有表现出协同作用。可能的原因是:一,极性链较长的表面活性剂C_(12)E_(23)在颗粒表面的吸附并没有赋予颗粒一定的疏水性,颗粒不能吸附到气泡表面;二,分散体系的粘度仍然很低,提高泡沫稳定性的作用不明显。对于二氧化硅/C_(12)E_4体系,在一定浓度范围内两者对泡沫的稳定表现出一定的协同作用,但是这种协同作用不是源于颗粒在气泡表面的吸附,而是源于分散体系粘度的增大,因此这种协同作用比锂皂石/C_(12)E_4的协同作用弱的多。 3.疏水缔合的羟乙基纤维素和多种表面活性剂共同稳定的泡沫 系统研究了疏水改性的羟乙基纤维素(HMHEC)分别与CTAB、SDS及C_(12)E_4三种表面活性剂复配制备的泡沫,发现了不同的变化规律。首先研究了HMHEC和各种表面活性剂水溶液的性质,然后考察了泡沫性质。HMHEC和CTAB及SDS的作用有些相似,都是在一定的表面活性剂/HMHEC浓度比例时混合溶液的粘度达到最大,在该比值之上,过量的表面活性剂胶束将聚合物链相互隔离开来,体系粘度下降。HMHEC/CTAB和HMHEC/SDS体系制备的泡沫的稳定性也都是先增加后下降。泡沫稳定性最高的体系对应的溶液的粘度也最大。另外,HMHEC和这两种表面活性剂复配后制得的泡沫稳定性都比各组分单独制备的高,即具有协同性。两种体系也有不同之处。第一点,在较高的SDS浓度时,HMHEC/SDS体系制备的泡沫稳定性和单独SDS(>cmc)制备的泡沫稳定性相近,气泡尺寸变大,且泡沫稳定性不依赖于聚合物的浓度,推断此时主要由SDS稳定泡沫;而在较高的CTAB浓度时,HMHEC/CTAB泡沫比单独CTAB制备的泡沫稳定性高的多,气泡变大但仍小于单独由CTAB制备的气泡的尺寸,另外泡沫稳定性随聚合物浓度的增加而增大,所以此时仍然由HMHEC/CTAB两者形成的复合物来稳定泡沫。第二点,HMHEC/SDS体系制备的最稳定的泡沫的稳定性要比HMHEC/CTAB体系制备的高得多。这可能与CTAB、SDS和HMHEC主链上的-OH作用方式不同有关。 已有的文献大部分是用间接的方法证明聚合物/表面活性剂复合物在气/液界面的吸附,如表面张力法。本文采用直接法(荧光共聚焦显微镜)观察到HMHEC/SDS、HMHEC/CTAB复合物在气泡表面形成吸附,气泡分布在三维网络状结构的网格中。 对于HMHEC/C_(12)E_4溶液,体系的粘度随表面活性剂浓度的增加一直增大,不同于前两种体系,这和表面活性剂在溶液中形成的聚集体结构有关。C_(12)E_4在溶液中能形成离散的层状相,离散的层状相会使聚合物之间进一步缔合,所以粘度一直上升,泡沫稳定性也一直增大,气泡尺寸比各组分单独稳定的气泡尺寸都小,且随着C_(12)E_4浓度的增加逐渐减小。 三种体系的起泡性具有共同点,即均由表面张力和粘度两种因素决定:在较低的表面活性剂浓度时主要由表面张力控制,在较高的表面活性剂浓度时主要由体系粘度控制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 江建林;岳湘刚;高震;孙盈盈;;聚合物-泡沫调驱影响因素实验研究[J];断块油气田;2011年04期
2 束维正;;复合肥颗粒漂浮水面的原因及预防[J];化肥设计;2011年04期
3 郑力军;杨棠英;张涛;;聚驱后氮气泡沫驱油效果的配伍性评价[J];内江科技;2011年07期
4 苑丹丹;;聚驱后泡沫复合驱提高原油采收率研究[J];科技促进发展(应用版);2011年04期
5 崔升;林本兰;沈晓冬;;纳米Fe_3O_4包覆结构及其磁流体稳定性[J];中南大学学报(自然科学版);2011年06期
6 黄涛;蒲万芬;;抗温抗盐泡沫体系优选及油藏条件下CO_2、N_2、烟道气泡沫性能研究[J];内江科技;2011年07期
7 王贵青;;湿化学法制备ATO/TiO_2导电复合粉体包覆机制的研究[J];昆明理工大学学报(自然科学版);2011年03期
8 刘宏生;;二元泡沫流动性能影响因素研究[J];西南石油大学学报(自然科学版);2011年04期
9 夏光华;谢穗;何婵;;泡沫胶凝法制备轻质钙长石耐火材料的工艺研究[J];耐火材料;2011年03期
10 王小萍;易聪华;魏民;邱学青;;磺化木质素蜜胺甲醛超塑化剂对水泥颗粒的分散稳定机理[J];高分子材料科学与工程;2011年06期
11 崔晓辉;马丽娥;黄华尧;闫月明;;CO_2吸收剂粒度对其吸收容量影响研究[J];舰船防化;2011年04期
12 李艳君;齐涛;李雯婵;刘通;吴远超;刘晓存;;C_3S和C_2S对萘系高效减水剂的吸附研究[J];建筑材料学报;2011年03期
13 袁艳;张睿;戚栋明;邵建中;;纳米SiO_2分散乙醇介质过程中的解团聚行为[J];浙江理工大学学报;2011年04期
14 王玉棉;冯福山;张国策;赵中兴;杨凯;刘启武;;不同混合方式对Cu/Ni复合粉体形貌及包覆效果的影响[J];兰州理工大学学报;2011年03期
15 蓝强;张敬辉;李公让;张虹;何兴贵;王传富;;泡沫钻井液的析液作用机理研究进展[J];钻井液与完井液;2011年04期
16 马宵颖;;粉煤灰改性脱汞实验研究[J];粉煤灰;2011年04期
17 ;12/13秋冬MODA IN趋势预测[J];国际纺织品流行趋势;2011年04期
18 姜瑞忠;杨仁锋;段志刚;陶磊;刘海成;赵蕾;侯玉培;;复合热载体泡沫驱提高采收率研究[J];应用基础与工程科学学报;2011年04期
19 武七德;屠隆;刘开松;李娜;;碳化硅悬浮浆料粘度损失研究[J];山东陶瓷;2011年03期
20 董军;赵省向;韩涛;甘孝贤;周文静;郑林;封雪松;王彩玲;;ETPE黏结剂对RDX-Al体系的包覆研究[J];含能材料;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王文瑛;董光荣;;沙漠中的石英颗粒表面微结构特征[A];中国地质科学院矿床地质研究所文集(14)[C];1985年
2 任盛源;孫國衡;江海邦;;具颗粒表面钴钯合金膜之霍尔效应[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(上)[C];2008年
3 张素新;李振锋;;广东某地石英颗粒表面特征与沉积环境[A];第十一次全国电子显微学会议论文集[C];2000年
4 彭家惠;瞿金东;陈明凤;张建新;;聚羧酸系减水剂在石膏颗粒表面的吸附特性及分散稳定性[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
5 薛冬峰;;颗粒表面微结构形态的化学控制对策[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年
6 武洪明;;助磨剂机理综述[A];2010中国水泥技术年会暨第十二届全国水泥技术交流大会论文集[C];2010年
7 丁忠浩;赵素芬;卢寿慈;;聚丙烯酰胺在菱锰矿颗粒表面的吸附机理[A];2001年海南全国粉体技术研讨会论文集[C];2001年
8 方培源;糜岚;曹永明;;掺氮二氧化钛(TiO_2)薄膜的SIMS剖析[A];2007年全国质谱学会无机质谱、同位素质谱、质谱仪器和教育学专业委员会学术交流会论文集[C];2007年
9 周艺蓉;潘泓甫;李雪花;陈景文;;VOCs在单壁碳纳米管颗粒表面的吸附分配机制研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
10 许晓华;陈亮;钟依均;朱伟东;;Pt/γ-Al_2O_3颗粒表面NaA分子筛膜的择形氧化评价[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张水燕;锂皂石及HMHEC与表面活性剂协同稳定的泡沫[D];山东大学;2008年
2 刘骞;短链两亲分子及表面活性剂与亲水颗粒协同稳定的泡沫[D];山东大学;2010年
3 袁新强;聚驱后复合热泡沫体系性能评价研究[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2010年
4 赵化廷;新型抗盐抗温泡沫复合体系的研究与性能评价[D];西南石油学院;2005年
5 王志飞;磁性纳米复合颗粒的合成及其应用研究[D];东南大学;2006年
6 李秀娟;荧光材料粉体颗粒形貌的控制[D];兰州大学;2008年
7 陈明洪;泥沙颗粒吸附磷的规律及微观形貌变化的研究[D];清华大学;2008年
8 王其伟;泡沫驱提高原油采收率及对环境的影响研究[D];中国石油大学;2009年
9 朱向东;磷酸钙生物陶瓷表面结构和性质与蛋白质特异性吸附[D];四川大学;2006年
10 蓝强;表面活性物质与纳米颗粒协同稳定的Pickering乳液[D];山东大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓东;有机无机微泡体系的研究及在钻井上的应用[D];山东师范大学;2012年
2 孙丽静;聚合物驱后无碱泡沫驱油技术研究[D];东北石油大学;2011年
3 穆枭;三相泡沫稳定性与消泡研究[D];中南大学;2005年
4 周虔彧;阳离子絮凝剂合成工艺技术研究及性能评价[D];西南石油学院;2005年
5 赵辉;复合对La_(2/3)(Ca_(0.65)Ba_(0.35))_(1/3)MnO_3电输运和磁电阻效应影响[D];吉林大学;2007年
6 梅文强;特粗WC颗粒的制备及碳化过程的行为研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
7 黄敏;泡沫复合体系性能评价及注入方式优化研究[D];大庆石油学院;2009年
8 黄颖辉;泡沫分流酸化数学模拟及泡沫体系试验研究[D];西南石油学院;2003年
9 侯红;二元泡沫复合驱配方研究[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2009年
10 陈国华;石油减阻聚合物微胶囊制备与中试工艺[D];山东大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 市农业局;真假肥料的鉴别[N];临汾日报;2008年
2 周宗富;高耐热抗菌陶瓷釉料制备工艺简介[N];广东建设报;2006年
3 武汉理工大学材料学院 黄从运;水泥助磨剂的研究现状与发展前景[N];中国建材报;2008年
4 秦渔;鱼用颗粒饲料质量咋判别[N];陕西科技报;2004年
5 ;伪劣畜禽饲料识别法[N];中国畜牧兽医报;2006年
6 河北省可持续发展研究会常务理事会 陈春风;涂层缓释一次肥技术讲座[N];河北科技报;2006年
7 记者 赵引德;农用缓释BB肥通过专家评审[N];农资导报;2006年
8 鲁京;助磨剂的作用原理[N];中国建材报;2008年
9 文进;自释釉形成的动力学初步分析[N];广东建设报;2006年
10 薛勇;怎样鉴别骨粉掺假[N];江苏科技报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978