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阳离子表面活性剂聚集过程的热力学研究

作　者: 卜芳
导　师: 王栋
学　校: 大连理工大学
专　业: 水科学与技术
关键词: 阳离子表面活性剂 NH4Cl (NH4)2SO4 两相体系 热力学参数
分类号: O647.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 260次
引　用: 2次
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内容摘要


表面活性剂在环境水体中普遍存在,且能形成胶体从而包裹水体中的难溶性物质,为了处理表面活性剂直接或者间接引起的水污染问题,有必要用热力学的方法对其微观聚集的行为进行探讨。本研究依照从简单到复杂的顺序,选取十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、氯化铵（NH4Cl）、硫酸铵（（NH4）2SO4）和乙二醇（EG）为模拟组分,通过表面张力γ、电导率κ、粘度η和Zeta电位的温度和组分浓度响应,进行了组分变化的系统模拟实验。本论文通过表面张力法确定了CTAC和CTAB纯水体系在25℃时的临界胶束聚集浓度CMC,胶束离解度β、胶束聚集数n和表面过剩吸附量Γs。跟踪测定了温度在20℃～50℃范围内不同浓度的CTAC、CTAB纯水溶液,CTAC/NH4Cl、CTAC/（NH4）2SO4盐溶液以及CTAC/EG-H2O两相溶剂体系的电导率,根据电导率κ～CTAC（CTAB）浓度曲线,求得了CTAC在不同温度时的CMC及β,借助质量作用模型得出了对应条件下的胶束化热力学参数。跟踪测定了20℃到50℃时不同浓度的CTAC、CTAB纯水溶液的粘度,求得了不同体系的粘度活化能。实验结果表明,（1）在实验温度范围内,CMC都随温度增加而增加,β随温度变化不大;在外加盐存在的条件下,能显著降低CMC,反离子对降低CMC作用的顺序为SO42->Cl-;在两相溶剂中CMC值明显增大,有机相乙二醇的比例越大,CMC值越大。（2）不同体系的胶束化自由能△micG°在实验温度范围内都为负值,表明胶束化过程可以自发进行;焓变△micH°均为负值,说明胶束化过程属于放热过程;熵变△micS°均为正值,说明胶束形成的过程是一个熵增的过程;CTAC、CTAB纯水溶液以及CTAC盐溶液的胶束化过程为熵驱动过程,CTAC/EG-H2O两相体系的胶束化过程为焓驱动过程;CTAC、CTAB纯水溶液以及CTAC/EG-H2O两相体系均出现熵-焓补偿效应。（3）电导率与温度符合（?）关系式,由此求得了不同条件下的电导活化能;粘度随温度的变化符合（?）关系式,由此得出了体系的粘度活化能△E。实验结果探讨了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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-28
  1.1 阳离子表面活性剂简介  11-18
    1.1.1 表面活性剂的定义及结构特点  11-12
    1.1.2 表面活性剂的基本特性  12-13
    1.1.3 临界胶束浓度的测定  13-16
    1.1.4 表面活性剂胶束理论  16-18
  1.2 表面活性剂溶液性质的影响因素  18-24
    1.2.1 温度对表/界面张力的影响  18-19
    1.2.2 温度对粘度的影响  19-21
    1.2.3 温度对CMC的影响  21
    1.2.4 无机盐对表面张力的影响  21-22
    1.2.5 无机盐对CMC的影响  22-24
  1.3 胶体科学的热力学理论  24-26
    1.3.1 相分离模型  24-25
    1.3.2 质量作用模型  25-26
  1.4 表面活性剂废水的特点和对环境的危害  26-27
  1.5 小结  27-28
2 实验部分  28-34
  2.1 实验目的与内容  28
    2.1.1 实验目的  28
    2.1.2 实验内容  28
  2.2 实验设备及药品  28-29
    2.2.1 实验仪器  28
    2.2.2 实验药品  28-29
  2.3 实验方法  29-32
    2.3.1 表面张力的测定  29-30
    2.3.2 电导率的测定  30-31
    2.3.3 粘度的测定  31-32
    2.3.3 Zeta电位的测定  32
  2.4 热力学参数的确定  32-34
3 纯溶液体系的胶束化过程物理化学性质研究  34-49
  3.1 临界胶束浓度和胶束离解度的确定  34-36
  3.2 表面过剩吸附量和胶束聚集数的确定  36-38
  3.3 胶束化过程热力学参数的确定  38-40
  3.4 温度对临界胶束浓度及热力学参数的影响  40-43
    3.4.1 温度对临界胶束浓度的影响  40-41
    3.4.2 温度对热力学参数的影响  41-42
    3.4.3 △_(mic)H~0与△_(mic)S~0的变化关系  42-43
  3.5 电导活化能的确定  43-46
  3.6 粘度活化能的确定  46-47
  3.7 小结  47-49
4 盐效应对CTAC溶液胶束化过程的影响  49-67
  4.1 温度、一价盐NH_4Cl浓度对临界胶束浓度的影响  49-53
    4.1.1 温度的影响  51
    4.1.2 浓度的影响  51-53
  4.2 温度、NH_4Cl浓度对热力学参数的影响  53-56
    4.2.1 温度的影响  53-55
    4.2.2 浓度的影响  55-56
  4.3 温度、NH_4Cl浓度对CTAC溶液电导活化能的影响  56-57
  4.4 温度、(NH_4)_2SO_4浓度对临界胶束浓度的影响  57-60
    4.4.1 温度的影响  58-59
    4.4.2 浓度的影响  59-60
  4.5 温度、(NH_4)_2SO_4浓度对热力学参数的影响  60-65
    4.5.1 温度的影响  60-62
    4.5.2 浓度的影响  62-65
  4.6 温度、(NH_4)_2SO_4浓度对CTAC溶液电导活化能的影响  65
  4.7 小结  65-67
5 两相体系中CTAC胶束化过程的热力学研究  67-73
  5.1 临界胶束浓度的确定  67-69
  5.2 热力学参数的确定  69-71
  5.3 熵、焓补偿关系量化  71-72
  5.4 小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-81
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  81-82
致谢  82-83

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 表面现象的物理化学 > 表面活性物质的化学
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