Page 116 - 《精细化工》2021年第1期
P. 116
·106· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
泡性）和 1000 s 时体系泡沫的体积（稳泡性）。
表 2 4 种表面活性剂的 t 100 和 V 1000 值
Table 2 The t 100 and V 1000 values of four surfactants
样品 t 100/s V 1000/mL
MAS 131 32.37
MAP 152 24.95
MTS 122 17.80
图 5 阴离子表面活性剂头基和各反离子形成紧密对的
MTP 408 67.71 [23]
能力顺序
Fig. 5 Ordering of anionic surfactant headgroups and the
从图 3 可以看出，MAS、MAP 在起泡性及稳泡 respective counterions regarding their capabilities
性上存在少许差异，结合表 2 可以看出，MAS 的起 to form close pairs [23]
泡性及稳泡性均略强于 MAP。而由图 4 可以明显看
到 MTS 的起泡性明显优于 MTP，但后续的稳泡性 另一方面，在泡沫发泡过程中液膜中的表面活
上 MTP 具有明显的优势。根据表 2 数据，对比 4 性剂会不断在液膜表面及内部交换移动，此时更稳
种表面活性剂起泡性及稳泡性可知，MTS 在 4 种表 定的胶体会阻碍这一移动过程降低起泡性 [24] ，所以，
面活性剂中起泡性最好但稳泡性最差；MTP 的稳泡 MTP 的起泡性要低于 MTS，而 MAS、MAP 则可能
+
+
性最好，但起泡性最差。对比两类表面活性剂的实 由于 Na 、K 与头基的作用强度较为接近使得两者
验结果发现，不同的反离子对表面活性剂的泡沫稳 的起泡性差异并不明显。
定性有影响，并且 MAS>MAP、MTP>MTS。可以 2.3 MAS/盐与 MTS/盐体系的泡沫性能
看出，在阳离子改变后两类表面活性剂的泡沫稳定性 由 2.1 和 2.2 节的结果可知，反离子会对表面活
变化趋势相反。这与上一节表面张力部分有相通之处， 性剂的 CMC、泡沫性能等产生一定影响，这种影响
说明官能团的种类对离子特异性效应有一定的影响。 还与表面活性剂的头基种类有关，具体表现为反离
根据 2.1 节的表面张力数据以及本节的泡沫数 子与头基作用越强越有利于达到更低的 CMC 以及
据可以看出，阳离子对 CMC 以及泡沫性能都产生 提升泡沫的稳定性。对此，通过在两类表面活性剂
+
+
了影响。这可能是由于 K 的水合程度弱于 Na ，Na + 中加入具有不同反离子的无机盐和有机盐的形式，
属于强水合“硬”离子。根据 COLLINS 提出的匹 进一步扩大范围，研究了不同反离子对于这些表面
配水亲和力（LMWA）概念 [10,20] ：阴离子与阳离子 活性剂泡沫性能的影响。
的水合焓之差越小，则离子形成稳定离子对的能力 2.3.1 MAS/盐体系泡沫性能
越强。因此，“软”离子较易与“软”离子结合形成 图 6、7 为 MAS 以及 MAS/无机盐〔n(MAS)∶
离子对，同时释放出一部分水合水。对于表面活性 n(无机盐)=1∶1，无机盐分别为 LiCl、NaCl、KCl、
剂来说，这种作用使得胶束的形成更为容易，也意 RbCl、CsCl〕和 MAS/有机铵盐〔n(MAS)∶n(有机
味着更低的 CMC [21] 。所以，肉豆蔻酰基 β-丙氨酸 铵盐)=1∶1，有机铵盐分别为 TMAB、TEAB、TPAB、
+
更容易与 Na 结合，肉豆蔻酰基牛磺酸更容易与 TBAB〕体系泡沫体积随时间的变化曲线。MAS 及
+
K 结合，导致了两种体系的表面活性以及泡沫性能
MAS/盐体系 t 100 和 V 1000 值列于表 3。
差异。
COLLINS 的理论中头基和反离子之间的相互
作用取决于它们的表面电荷密度 [22] 。VLACHY 等 [23]
也根据头基的电荷密度对阴离子表面活性剂进行了
分类，总结出阴离子系列与官能团之间的对应序列，
结合本文的实验条件大致顺序如图 5 所示。在图中，
官能团头基与上方的反离子越近，两者间的相互作
+
用越强。肉豆蔻酰基 β-丙氨酸的羧酸根与 Na 、肉
+
豆蔻酰基牛磺酸的磺酸根与 K 形成胶束所需能量
更低，形成的胶束更稳定。更加稳定的胶束有利于
提升液膜稳定性，液膜的稳定性提升，气体透过液
图 6 MAS、MAS/无机盐体系泡沫体积随时间变化曲线
膜扩散以及排液过程难度变大，结果就是泡沫寿命 Fig. 6 Foam volume vs. time plots for MAS and MAS/
的延长 [19,24] 。 inorganic salt mixture systems
