Page 115 - 《精细化工》2021年第1期

第 1 期 孙立杰，等: 肉豆蔻酰基氨基酸表面活性剂泡沫性能及其离子特异性效应 ·105·

气液界面的最大表面过剩浓度（Γ max ），由公式（2） T 是热力学温度，K；n 为被测表面活性剂水溶液的
计算得出每个分子的最小表面积（A min ），由公式（3） 物种数，对于离子表面活性剂，n 取 2 [19] 。
计算得出标准吉布斯自由能（ΔG mic ） [19] 。 由表 1 可知，4 种表面活性剂的 CMC 在 7.52×
–4 –3
10 ~3.32×10 mol/L 内，肉豆蔻酰基 β-丙氨酸盐的
CMC 均低 于肉豆蔻酰基牛磺酸盐。 γ CMC 则在
39.77~43.85 mN/m。通过 Γ max 和 A min 的数据可以看
到，带有羧酸头基的表面活性剂在气液界面上的排
列更为紧密。4 种表面活性剂的 ΔG mic 均为负值，表
明在 25 ℃时溶液内的胶束化过程均是自发进行的，
同时丙氨酸系列表面活性剂拥有更低的 ΔG mic ，表明
肉豆蔻酰基 β-丙氨酸型表面活性剂更易在溶液中自
发 形 成 胶束。 对比 表面活 性剂的 CMC 发现，
MAP>MAS、MTS>MTP，两种产物在不同反离子存

图 1 MAS 和 MAP 的表面张力随浓度的变化曲线 在下呈现的表面性质截然相反，这说明官能团的种类
Fig. 1 Change curves of surface tension of MAS and MAP 对离子特异性效应有一定的影响。
with concentration
2.2 MAS、MAP、MTS 和 MTP 的泡沫性能
在 25 ℃下，测定 pH=9 条件下，MAS、MAP
和 MTS、MTP 的泡沫性能，结果如图 3、4 所示（泡
沫体积采样间隔 1 s，图中符号不代表实验点，旨在
提高曲线区分度，下同）。

图 2 MTS 和 MTP 的表面张力随浓度的变化曲线
Fig. 2 Change curves of surface tension of MTS and MTP
with concentration

表 1 4 种表面活性剂的表面活性参数
Table 1 Surface activity parameters of four surfactants

CMC/ γ CMC/ Γ max/ A min/ ΔG mic/
样品 2 2 图 3 MAS、MAP 体系泡沫体积随时间变化曲线
(mol/L) (mN/m) (mol/m ) (nm /mol) (kJ/mol)
Fig. 3 Foam volume vs. time plots for MAS and MAP
MAS 7.52×10 –4 40.07 9.38×10 –7 1.77 –27.79
MAP 1.00×10 –3 43.85 1.01×10 –6 1.65 –27.08
MTS 3.32×10 –3 41.04 1.54×10 –6 1.08 –24.11
MTP 2.84×10 –3 39.77 1.73×10 –6 0.96 –24.49

1    
 max    （1）
nT 
2.303 R  lgc T 
1
A min  N  max （2）
A
 CMC 
 G  RlnT   （3）
mic
 55.5 
2
式中：Γ max 为最大表面过剩浓度，mol/m ；A min 为表 图 4 MTS、MTP 体系泡沫体积随时间变化曲线
Fig. 4 Foam volume vs. time plots for MTS and MTP
面吸附达到饱和时表面活性剂分子在空气/水表面
2
上的极限占有面积，nm /mol；ΔG mic 为标准吉布斯 如前所述，实验预设发泡体积为 100 mL，此后
自由能，kJ/mol；N A 为阿伏伽德罗常数，取值为 6.02× 停止鼓入氮气。MAS、MAP 的 t 100 和 V 1000 值列于表
–1
23
10 mol ；R 为摩尔气体常数，取值为 8.314 J/(mol·K)； 2，分别代表了体系泡沫体积到达 100 mL 的时间（起