膠體與表面化學(xué)5-7

1、LOGO第七節(jié)第七節(jié) 表面活性劑的其他重要作用與應(yīng)用表面活性劑的其他重要作用與應(yīng)用東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院一、增溶作用一、增溶作用定義定義 加溶作用也叫增溶作用。表面活性劑能夠使難溶或微溶于水的有機(jī)物在水中溶解度顯著增加的作用。能夠產(chǎn)生增溶作用的表面活性劑叫增溶劑；被增溶的有機(jī)物叫被加溶物。 如苯在水中溶解度很小（室溫下為如苯在水中溶解度很?。ㄊ覝叵聻?.07g0.07g），加入），加入“油酸油酸鈉鈉”表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加（表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加（9g9g）。）。一、增溶作用一、增溶作用v “增溶作用增溶作用”與普通的與普通的“溶解溶解

2、”概念是不同的，增溶的苯概念是不同的，增溶的苯不是以單個分子均勻分散在水中，而是不是以單個分子均勻分散在水中，而是“成團(tuán)地成團(tuán)地”分散在分散在油酸根分子形成的膠束中。油酸根分子形成的膠束中。v “增溶作用增溶作用”與與“乳化作用乳化作用”不同。乳化時，苯是以小液不同。乳化時，苯是以小液滴的形式分散在水中。顯然，乳狀液體系有較大的界面，滴的形式分散在水中。顯然，乳狀液體系有較大的界面，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。最終苯和水是要分層的。而增溶作是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。最終苯和水是要分層的。而增溶作用是一個可逆平衡過程，熱力學(xué)穩(wěn)定。用是一個可逆平衡過程，熱力學(xué)穩(wěn)定。一、增溶作用一、增溶作用特特 點點 只有在表面

3、活性劑濃度達(dá)到某一值后，加溶作用才明顯；只有在表面活性劑濃度達(dá)到某一值后，加溶作用才明顯；加溶作用不同于水溶助長作用；加溶作用不同于水溶助長作用；加溶作用不同于乳化作用，加溶作用存在兩相，溶液是透明的，加溶作用不同于乳化作用，加溶作用存在兩相，溶液是透明的，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系；是熱力學(xué)穩(wěn)定體系；加溶作用不同于一般溶解，加溶后對溶液的依數(shù)性影響較??；加溶作用不同于一般溶解，加溶后對溶液的依數(shù)性影響較?。患尤茏饔檬亲园l(fā)過程，被加溶的化學(xué)勢降低，體系更加穩(wěn)定；加溶作用是自發(fā)過程，被加溶的化學(xué)勢降低，體系更加穩(wěn)定；加溶作用處于平衡狀態(tài)，可以用不同方式表達(dá)。加溶作用處于平衡狀態(tài)，可以用不同方式表達(dá)。一、增

4、溶作用一、增溶作用v( (二二) )增溶作用方式增溶作用方式 根據(jù)根據(jù)“相似相溶相似相溶”原理可以說明被增溶物在膠束中的溶解。根據(jù)原理可以說明被增溶物在膠束中的溶解。根據(jù)X X射射線等研究結(jié)果，活性劑的增溶作用有以下幾種方式：線等研究結(jié)果，活性劑的增溶作用有以下幾種方式：（a a）溶于膠束內(nèi)部非極性的烴類；）溶于膠束內(nèi)部非極性的烴類；（b b）穿插排列而溶解）穿插排列而溶解, ,極性長鏈的醇、胺與膠束中表活劑分子極性長鏈的醇、胺與膠束中表活劑分子（c c）吸附于膠束表面在油、水中都不易溶的物質(zhì)；）吸附于膠束表面在油、水中都不易溶的物質(zhì)；（d d）極性有機(jī)物）極性有機(jī)物( (甲苯酚甲苯酚) )包

5、在非離子表活劑膠束的包在非離子表活劑膠束的“外殼外殼” 中，即溶于親水鏈中。中，即溶于親水鏈中。（e e）層狀膠束：被增溶物鉆入親油基的層狀夾縫里，已被）層狀膠束：被增溶物鉆入親油基的層狀夾縫里，已被X X射線射線 實驗證實實驗證實一、增溶作用一、增溶作用一、增溶作用一、增溶作用v（三）影響增溶作用的因素（三）影響增溶作用的因素表面活性劑的結(jié)構(gòu)表面活性劑的結(jié)構(gòu)被增溶物的結(jié)構(gòu)被增溶物的結(jié)構(gòu)電解質(zhì)、溫度電解質(zhì)、溫度影響增溶作影響增溶作用的因素用的因素影響增溶作用的因素表面活性劑的結(jié)構(gòu)表面活性劑的結(jié)構(gòu)1 1）同系鉀皂中，碳?xì)滏溤介L，對甲基黃染料的增溶能力越強(qiáng)；）同系鉀皂中，碳?xì)滏溤介L，對甲基黃染料的

6、增溶能力越強(qiáng)；2 2）對于烴類，二價金屬烷基硫酸鹽較之相應(yīng)的鈉鹽有較大的增溶能力）對于烴類，二價金屬烷基硫酸鹽較之相應(yīng)的鈉鹽有較大的增溶能力，因為前者具有較大的膠束聚集數(shù)和體積；但直鏈的活性劑較相同碳，因為前者具有較大的膠束聚集數(shù)和體積；但直鏈的活性劑較相同碳鏈的支鏈活性劑的增溶能力大，因后者的有效鏈長較短。鏈的支鏈活性劑的增溶能力大，因后者的有效鏈長較短。3 3）聚乙二醇醚類非離子活性劑在一定溫度下對脂肪烴類的增溶作用）聚乙二醇醚類非離子活性劑在一定溫度下對脂肪烴類的增溶作用: :當(dāng)當(dāng)親油基長度增加或親水基長度減小時，增溶能力增加。親油基長度增加或親水基長度減小時，增溶能力增加。4 4）當(dāng)活

7、性劑具有相同長度的親油基鏈長時，不同類型的活性劑增溶烴類）當(dāng)活性劑具有相同長度的親油基鏈長時，不同類型的活性劑增溶烴類和極性化合物的順序為：和極性化合物的順序為：非離子型陽離子型陰離子型非離子型陽離子型陰離子型影響增溶作用的因素被增溶物的結(jié)構(gòu)被增溶物的結(jié)構(gòu) 極性化合物比非極性化合物易于增溶；芳香族化合物極性化合物比非極性化合物易于增溶；芳香族化合物比脂肪族易于增溶；有支鏈的化合物比直鏈化合物易于增比脂肪族易于增溶；有支鏈的化合物比直鏈化合物易于增溶。溶。電解質(zhì)電解質(zhì) 往離子型活性劑中加入無機(jī)鹽，能降低往離子型活性劑中加入無機(jī)鹽，能降低CMCCMC，有利于，有利于加大表面活性劑的增溶能力；加大表

8、面活性劑的增溶能力； 往非離子型活性劑中加入中性電解質(zhì)，能增加烴類的往非離子型活性劑中加入中性電解質(zhì)，能增加烴類的增溶量，這是因為加入電解質(zhì)后，膠束的聚集數(shù)增加。增溶量，這是因為加入電解質(zhì)后，膠束的聚集數(shù)增加。影響增溶作用的因素溫度溫度 溫度升高能增加溫度升高能增加極性和非極性極性和非極性物質(zhì)在物質(zhì)在離子型離子型活性劑中活性劑中的增溶量，這是由于溫度升高后熱擾動增強(qiáng)，從而增大了的增溶量，這是由于溫度升高后熱擾動增強(qiáng)，從而增大了膠束中提供增溶的空間；膠束中提供增溶的空間；對于非離子型活性劑，升溫的影響與被增溶物的結(jié)構(gòu)對于非離子型活性劑，升溫的影響與被增溶物的結(jié)構(gòu)有關(guān)：有關(guān)：1 1）被增溶物為非極

9、性，增溶量隨溫度升高而增大；）被增溶物為非極性，增溶量隨溫度升高而增大；因為膠束聚集數(shù)劇增，必然使增溶量增大。因為膠束聚集數(shù)劇增，必然使增溶量增大。2 2）對極性物質(zhì)來說隨溫度升高，被增溶物的量常常）對極性物質(zhì)來說隨溫度升高，被增溶物的量常常出現(xiàn)一最大值。出現(xiàn)一最大值。二、潤濕作用二、潤濕作用v（一）潤濕作用（一）潤濕作用 v 能有效改善液體在固體表面潤濕性質(zhì)的表面活性劑稱能有效改善液體在固體表面潤濕性質(zhì)的表面活性劑稱為為潤濕劑潤濕劑。v 例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；面活性劑；v 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表

10、面活性如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于劑，使接觸角大于9090。二、潤濕作用二、潤濕作用&潤濕標(biāo)準(zhǔn)潤濕標(biāo)準(zhǔn) 衡量標(biāo)準(zhǔn)衡量標(biāo)準(zhǔn): :潤濕角，它是以三相點為頂點，潤濕角，它是以三相點為頂點，作液面的切線，切線與液面間的夾角。如圖所示作液面的切線，切線與液面間的夾角。如圖所示: :v潤濕角潤濕角0 0 完全潤濕完全潤濕v潤濕角潤濕角9090900 0 不潤濕不潤濕二、潤濕作用二、潤濕作用&潤濕反轉(zhuǎn)作用潤濕反轉(zhuǎn)作用 潤濕反轉(zhuǎn)作用是指表面活性劑使固體表面的潤潤濕反轉(zhuǎn)作用是指表面活性劑使固體表面的潤濕性向其相反方向轉(zhuǎn)化的作用。濕性向其相反方向轉(zhuǎn)化的作用。( (二二) )濕潤的

11、應(yīng)用濕潤的應(yīng)用v1 1、礦物浮選、礦物浮選v 當(dāng)?shù)V砂表面有當(dāng)?shù)V砂表面有5%5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。v 選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。表面，憎水基朝向水。首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表

12、面，收集并滅泡濃縮，從而達(dá)到了富集的目的。，從而達(dá)到了富集的目的。v 不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。( (二二) )濕潤的應(yīng)用濕潤的應(yīng)用2 2、采油、采油v 原油貯于地下砂巖的毛細(xì)孔中，在生產(chǎn)油井附近鉆一些注原油貯于地下砂巖的毛細(xì)孔中，在生產(chǎn)油井附近鉆一些注水井，注入含有潤濕劑的水井，注入含有潤濕劑的“活性水活性水”以進(jìn)一步以進(jìn)一步增加水對砂增加水對砂巖的潤濕性巖的潤濕性，從面提高注水的驅(qū)油效率，增加原油產(chǎn)量。，從面提高注水的驅(qū)油效率，增加原油產(chǎn)量。三、分散和絮凝作用三、分散和絮凝作用分散分散：固體粉未均勻地分散在某一液體中的現(xiàn)象。固體粉未均勻

13、地分散在某一液體中的現(xiàn)象。絮凝絮凝：使懸浮在液體中的顆粒相互凝集，用表面活性劑也能使懸浮在液體中的顆粒相互凝集，用表面活性劑也能達(dá)到這一目的。這叫表面活性劑的絮凝作用。達(dá)到這一目的。這叫表面活性劑的絮凝作用。1、表面活性劑產(chǎn)生分散作用的原因表面活性劑產(chǎn)生分散作用的原因v 降低表面張力降低表面張力:表面活性劑吸附于固液界面上，降低了界面表面活性劑吸附于固液界面上，降低了界面自由能，也就是減弱了自發(fā)凝聚的熱力學(xué)過程。自由能，也就是減弱了自發(fā)凝聚的熱力學(xué)過程。v 位壘位壘:低分子表面活性劑吸附在固液界面上時形成一層結(jié)實低分子表面活性劑吸附在固液界面上時形成一層結(jié)實的溶劑化膜，阻礙了顆粒相互接近。的溶

14、劑化膜，阻礙了顆粒相互接近。v 電壘電壘:離子型表面活性劑吸附到固體顆粒表面上后，由于離子離子型表面活性劑吸附到固體顆粒表面上后，由于離子化的親水基朝向水相，使顆粒獲得同性電荷，互相排斥?；挠H水基朝向水相，使顆粒獲得同性電荷，互相排斥。2、表面活性劑產(chǎn)生絮凝作用的原因表面活性劑產(chǎn)生絮凝作用的原因v 絮凝作用與分散作用相反。如粘土顆粒表面負(fù)電荷，絮凝作用與分散作用相反。如粘土顆粒表面負(fù)電荷，故極性水分子能在粘土顆粒周圍形成水化膜，若于其中加故極性水分子能在粘土顆粒周圍形成水化膜，若于其中加入陽離子活性劑，則與粘土結(jié)合能中和粘土表面的負(fù)電荷入陽離子活性劑，則與粘土結(jié)合能中和粘土表面的負(fù)電荷，并使

15、粘土具有親油性，從而增大了與水的界面張力，故，并使粘土具有親油性，從而增大了與水的界面張力，故粘土易于絮凝。粘土易于絮凝。另外，高分子表面活性劑具有吸附基團(tuán)，它能與許多另外，高分子表面活性劑具有吸附基團(tuán)，它能與許多粘土顆粒一起產(chǎn)生架橋吸附而使粘土絮凝。粘土顆粒一起產(chǎn)生架橋吸附而使粘土絮凝。v 一個表面活性劑是起分散作用還是絮凝作用，與固體一個表面活性劑是起分散作用還是絮凝作用，與固體表面性質(zhì)、介質(zhì)性質(zhì)以及表面活性劑性質(zhì)有關(guān)。表面性質(zhì)、介質(zhì)性質(zhì)以及表面活性劑性質(zhì)有關(guān)。v 例如上述季銨鹽是粘土在水中的絮凝劑，但若加入季例如上述季銨鹽是粘土在水中的絮凝劑，但若加入季銨鹽的量大到粘土離子交換容量的銨鹽

16、的量大到粘土離子交換容量的2倍以上時，則又可使倍以上時，則又可使粘土顆粒發(fā)生再分散。粘土顆粒發(fā)生再分散。v 又如低分子量的聚丙烯酸可作粘土在水中的分散劑，又如低分子量的聚丙烯酸可作粘土在水中的分散劑，而高分子量的聚丙烯酸則為粘土在水中的絮凝劑。而高分子量的聚丙烯酸則為粘土在水中的絮凝劑。四、起泡和消泡作用四、起泡和消泡作用v“泡泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。就是由液體薄膜包圍著氣體。v 有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等。等。v 有時也

17、要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太有時也要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)劑降低薄膜強(qiáng)度，消除氣泡，防止多，要加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)劑降低薄膜強(qiáng)度，消除氣泡，防止事故?？梢约颖砻婊钚詣?，也可以加醇類、醚類、磷酸三事故。可以加表面活性劑，也可以加醇類、醚類、磷酸三丁酯、有機(jī)硅等。丁酯、有機(jī)硅等。1 1、起泡作用、起泡作用 v起泡作用起泡作用：表面活性劑能使泡沫產(chǎn)生并在產(chǎn)生后具有一：表面活性劑能使泡沫產(chǎn)生并在產(chǎn)生后具有一定穩(wěn)定性的作用定穩(wěn)定性的作用v泡沫泡沫：氣體分散于液體中形成的多相分散體系：氣體分散于液體中形成的多相分散體系v起泡劑起泡劑：具有起泡作用的表面活性劑：具有

18、起泡作用的表面活性劑v泡沫的穩(wěn)定性泡沫的穩(wěn)定性：用半衰期表示，泡沫的高度減少為原來：用半衰期表示，泡沫的高度減少為原來高度一半時所需要的時間。高度一半時所需要的時間。2 2、表面活性劑的起泡機(jī)理、表面活性劑的起泡機(jī)理（1 1）表面活性劑能）表面活性劑能降低氣降低氣液界面張力液界面張力，使泡沫體系，使泡沫體系穩(wěn)定；穩(wěn)定；（2 2）在包圍氣體的液膜上）在包圍氣體的液膜上形成形成雙層吸附雙層吸附，親水基在液，親水基在液膜內(nèi)形成膜內(nèi)形成水化膜水化膜，液相粘度，液相粘度較高，使液膜穩(wěn)定；較高，使液膜穩(wěn)定；2 2、表面活性劑的起泡機(jī)理、表面活性劑的起泡機(jī)理（3 3）表面活性劑的）表面活性劑的親油基親油基相

19、互吸引、拉緊相互吸引、拉緊，而使，而使吸附層的強(qiáng)度提高；吸附層的強(qiáng)度提高；（4 4）離子型表面活性劑因）離子型表面活性劑因電離而使電離而使泡沫帶電泡沫帶電，它，它們之間相互斥力阻礙了們之間相互斥力阻礙了泡沫的接近和聚集。泡沫的接近和聚集。3 3、選擇起泡劑的原則、選擇起泡劑的原則&降低表面張力的能力強(qiáng)；要求親油基有一個適當(dāng)長度烴鏈。降低表面張力的能力強(qiáng)；要求親油基有一個適當(dāng)長度烴鏈。 R RSOSO4 4Na R:CNa R:C1414-C-C1616 R RSOSO3 3Na R:CNa R:C1313-C-C1414; C; C2020-C-C2424抗高溫抗高溫 R-R-COONaCOO

20、Na R:C R:C1212-C-C1414&親油基最好沒有支鏈，這是由于沒有支鏈的結(jié)構(gòu)更有利于親油基最好沒有支鏈，這是由于沒有支鏈的結(jié)構(gòu)更有利于泡沫中活性劑分子吸附層的非極性部分的橫向結(jié)合。如泡沫中活性劑分子吸附層的非極性部分的橫向結(jié)合。如： (1)CH3CH211SO3Na (2)CH3CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3Na | | | | CH3 CH3 CH3 CH3 (1)(2)(1)(2)都是十二烷基磺酸鈉，但前者非極性部分沒有分支，因此它具有都是十二烷基磺酸鈉，但前者非極性部分沒有分支，因此它具有較強(qiáng)的穩(wěn)定泡沫的能力較強(qiáng)的穩(wěn)定泡沫的能力3 3、選擇起泡劑的原則、選擇起泡劑的

21、原則v &親油基若有親油基若有苯環(huán)苯環(huán)，則最好，則最好位于烴基的一端位于烴基的一端，若苯基上有，若苯基上有烴基和親水基，則當(dāng)它們位于烴基和親水基，則當(dāng)它們位于對位對位是有較好的穩(wěn)泡能力。是有較好的穩(wěn)泡能力。CH3(CH2)11SO3NaCH3(CH2)6CH(CH2)4CH3SO3NaCH3(CH2)11SO3Na(1)(2)(3) 它們都是十二烷基苯磺酸鈉，它們都是十二烷基苯磺酸鈉，其穩(wěn)泡能力依次減弱。其穩(wěn)泡能力依次減弱。五、去污作用五、去污作用v去污是一個很復(fù)雜的過程，涉及滲透、乳化、分散去污是一個很復(fù)雜的過程，涉及滲透、乳化、分散、增溶、起泡等機(jī)理。、增溶、起泡等機(jī)理。 一一種優(yōu)良的洗滌

22、劑，應(yīng)當(dāng)具備以下幾種性質(zhì)：種優(yōu)良的洗滌劑，應(yīng)當(dāng)具備以下幾種性質(zhì)：（1 1）潤濕性能好，要求洗滌劑與被洗的固體表面密切接觸；）潤濕性能好，要求洗滌劑與被洗的固體表面密切接觸；（2 2）有良好的清除污垢的能力；）有良好的清除污垢的能力；（3 3）有使污垢分散或增溶的能力；）有使污垢分散或增溶的能力；（4 4）能防止污垢再沉淀的能力。）能防止污垢再沉淀的能力。五、去污作用五、去污作用v 根據(jù)起泡多少判斷洗滌劑的好壞是一種誤解！根據(jù)起泡多少判斷洗滌劑的好壞是一種誤解！ 單獨(dú)一種表活劑，去污效果不一定最好，需添加某些單獨(dú)一種表活劑，去污效果不一定最好，需添加某些助劑：助劑： 無機(jī)助劑：碳酸鈉、無機(jī)助劑：

23、碳酸鈉、三聚磷酸鈉三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉、硫酸鈉；、硫酸鈉； 有機(jī)助劑：甲基纖維素、羧甲基纖維素；有機(jī)助劑：甲基纖維素、羧甲基纖維素； 它們常稱為它們常稱為“污垢懸浮劑污垢懸浮劑”，對洗下的污垢起分散作，對洗下的污垢起分散作用，防止污垢再沉積。用，防止污垢再沉積。 六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用EOR鉆井鉆井固井固井酸化酸化壓裂壓裂表面活性劑作用表面活性劑作用 六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用分散作用分散作用井壁穩(wěn)定作用井壁穩(wěn)定作用降失水作用降失水作用潤滑作用潤滑作用消泡作用消泡作用起泡作用起泡作用鉆井液六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用粘土穩(wěn)定殺菌、緩蝕堵水調(diào)剖降粘清、防蠟采油六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用粘度低；攜砂能力強(qiáng)；低摩阻；低濾失；易返排；污染小六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油田中的應(yīng)用六、表面活性劑在油