表面活性劑對(duì)水合物生成過程影響機(jī)理的初步研究.pdf

1、在氣體水合物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究中，表面活性劑被廣泛采用，因?yàn)楸砻婊钚詣┑募尤胧沟盟戏磻?yīng)物的兩相界面張力降低，水合反應(yīng)物兩相之間擴(kuò)散阻力減小，客體分子在水中的溶解度和過飽和度增大，水合反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間縮短，從而加速了水合物的生成。因此在水合物技術(shù)的研究中，關(guān)于表面活性劑在水合物技術(shù)中應(yīng)用的研究成果占有很大比重，這些研究成果主要集中在水合物生成和分解動(dòng)力學(xué)以及相平衡條件方面。為了初步揭示表面活性劑對(duì)水合物生成過程的影響機(jī)理，本文就表面活性劑在水

2、合物生成過程的影響作了以下定量的研究。 表面活性劑溶液的表面張力在其濃度為CMC時(shí)最小，所以本文在8．4～20℃范圍內(nèi)，以水合物實(shí)驗(yàn)中常用的表面活性劑SDS、SDBS和SLS為研究對(duì)象，利用界面張力儀測(cè)定了濃度為CMC（常溫下的CMC）下的表面活性劑溶液與HCFCl41b的界面張力以及H2O與HCFCl41b的界面張力，并就表面活性劑對(duì)水/HCFCl41b的界面張力的降低程度作了定量研究，發(fā)現(xiàn)表面活性劑在臨界膠束濃度下能有效地降

3、低水合反應(yīng)物的兩相界面張力。這三種表面活性劑對(duì)降低HCFCl41b/水間兩相界面張力效果明顯，表面活性劑的加入使HCFCl41b/水兩相界面張力降低至原來的9～62％，與SDS和SLS相比，SDBS對(duì)降低HCFC141b/水兩相界面張力的效果最好，同時(shí)發(fā)現(xiàn)HCFCl41b的表面張力約為相同溫度下水的表面張力的30％。 溫度是影響表面活性劑CMC的一個(gè)很重要因素，在水合反應(yīng)中的溫度與通常測(cè)定CMC時(shí)的溫度存在較大的差異，因此確定水

4、合物生成溫度下的CMC非常必要。所以本文又以SDS和SDBS為例，測(cè)定了不同濃度表面活性劑溶液在不同溫度下的表面張力，在此基礎(chǔ)上確定了表面活性劑SDS和SDBS在HCFC141b水合物生成條件（8．4℃）下的CMC，其值分別為1950和400ppm。同時(shí)發(fā)現(xiàn)SDS溶液的濃度為500ppm及SDBS溶液的濃度為100ppm時(shí)已經(jīng)將溶液的表面張力降低到了一個(gè)很低的水平。 水合反應(yīng)中客體相不同，相平衡條件也不同，為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更廣泛適

5、用于水合物技術(shù)的研究及應(yīng)用，本文又以SDS為例，利用電導(dǎo)率儀測(cè)定了1～40℃范圍內(nèi)SDS溶液在不同溫度和濃度下的電導(dǎo)率，并求得了在1～40℃溫度范圍內(nèi)SDS的CMC和溫度的解析關(guān)系。關(guān)系式為：cCMC=-0.00014862t5+0．01482645t4-0.5113945Ot3+7．72226492t2-62．11395313t+2644．94421135從而可以得到在一個(gè)較大溫度范圍內(nèi)表面活性劑的CMC值，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以應(yīng)用于不同的

6、水合物實(shí)驗(yàn)。在此溫度范圍內(nèi)，SDS的CMC存在著一個(gè)極小值，即溫度為24．6℃時(shí)對(duì)應(yīng)的SDS的CMC為2267ppm。 通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們知道：表面活性劑的加入，使水的表面存在一個(gè)定向排列的吸附層，非極性基團(tuán)朝著水面以上，使得表面活性劑溶液的表面張力急劇降低；由于吸附層的存在，使水合反應(yīng)中的非極性客體分子被大量粘附在表面活性劑分子的非極性基團(tuán)上，通過布朗運(yùn)動(dòng)帶入到溶液，從而增大了水合反應(yīng)中客體相在水中的溶解度；隨著客體相在水中