Page 166 - 《精细化工》2023年第5期

·1086· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

通常处于水的溶剂化层内，当有离子存在时，高溶
解性的离子影响溶剂水的性质，如氢键结构、平动
和转动活动性，进而影响 CO 2 溶解度 [18] 。因此，水
分子的活动性与 CO 2 溶解度有直接关联。盐析效应
越强，离子对水分子活动性钝化作用越强，水分子
转动和平动速率越慢，影响了水分子与 CO 2 之间形
成氢键，导致其溶解度降低。由图 2 可以看出，当
盐质量分数为 1.5%时，CO 2 在盐溶液中的溶解量从
小到大顺序为 NaCl<MgCl 2 <CaCl 2 <KCl。对于相同

阴离子的情况下，阳离子的盐析效应则与离子半径 图 3 不同类型醇-水体系中 CO 2 的溶解量
及电荷数有密切关系。一般来说，盐析剂中的金属阳 Fig. 3 Dissolved solubility of CO 2 in different types of
alcohol-water
离子的电荷数越大，盐析作用越强。在阳离子的电荷
数相同的情况下，盐析作用与阳离子的半径呈反比， 由图 3 可知，相比于去离子水来说，在不同质
这是因为价态高半径小的阳离子的水化能力较强。根 量分数的乙醇水溶液中，随着乙醇质量分数的升高，
据金属离子的盐析效应，结合本实验金属离子，按 溶液对 CO 2 的溶解量增加。在质量分数高于 40%的
2+
2+
盐析效应其理论从大到小次序为： Mg >Ca > 乙醇水溶液中有显著性差异（P=0.009），说明乙醇
+
+
Na >K ，即 CO 2 在 KCl 溶液中的溶解量最大。结合 水溶液对 CO 2 具有增溶作用，但较低质量分数乙醇
盐析效应和 HOFMEISTER 理论 [19-20] ，离子对溶液 水溶液对 CO 2 的增溶作用未表现出来。随着丙二醇
的影响在盐浓度高的溶液中较明显，且阴离子的影响 水溶液质量分数的升高溶液对 CO 2 的溶解量降低，质
2+
2+
要大于阳离子的影响。由于 Mg 和 Ca 结合了更多 量分数高于 40%的丙二醇水溶液对 CO 2 的溶解量有
–
的 Cl ，所以造成了 CO 2 在盐溶液 MgCl 2 和 CaCl 2 中的 显著性（P=0.004）抑制作用。随着 1,3-丁二醇水溶
液质量分数的升高，溶液对 CO 2 的溶解量降低。质
溶解度大于 NaCl 溶液的现象，研究结果与理论一致。
量分数高于 20%的 1,3-丁二醇水溶液对 CO 2 的溶解
量有显著性（P<0.001）抑制作用。随着丙三醇水溶
液质量分数的升高，溶液对 CO 2 的溶解量降低，质
量分数高于 20%的丙三醇水溶液对 CO 2 的溶解量有
显著性（P=0.0013）抑制作用。
有研究表明，具有高极性和氢键受体的溶剂能
介导 CO 2 的水合作用，导致 CO 2 溶解性不同 [17] 。醇
类因羟基数量、羟基位置以及碳链长度不同使得与
水的作用强度和方式不同，进而影响 CO 2 水合作用，
导致 CO 2 溶解性不同 [21] 。当乙醇、丙二醇、1,3-丁

二醇、丙三醇水溶液在低质量分数时（质量分数<
图 2 不同质量分数无机盐水溶液中 CO 2 溶解量变化 10%），大量水作为分散介质，此时醇-水相体系中
Fig. 2 Change of CO 2 solubility in inorganic salt aqueous
solution with different mass fraction 有较多的自由水，因此，CO 2 的水合作用相比于纯
水来说略有降低，导致 CO 2 溶解量接近于在纯水中
综上所述，盐离子通过影响水分子的活动性来 的溶解量。当乙醇、丙二醇、1,3-丁二醇、丙三醇水
影响 CO 2 在水中的溶解性能，常随离子浓度升高溶 溶液质量分数逐渐升高时，对于多羟基醇分子来说，
解度降低，且离子种类不同降低程度也不相同。因 醇-水、醇-醇的氢键作用逐渐增强，导致自由水减
此，在化妆品中应尽量降低无机盐的使用量。 少，抑制了 CO 2 的水合作用，降低了 CO 2 在水中的
2.1.3 醇-水体系对 CO 2 水合转化效应的影响 溶解量。对于单羟基的乙醇来说，随着乙醇质量分
醇类分子，如乙醇、丙二醇、1,3-丁二醇、丙三 数的增加，乙醇疏水端周围笼状结构形成线性链或
醇常广泛应用于化妆品洗护产品中，主要探究醇-水 环，改变了在水中的三维结构排列方式，进而改变
体系对 CO 2 水合转化效应的影响。在室温、6 kg/cm 2 了水的介质性能，从而促进了 CO 2 的水合作用，导
压力条件下，按照 1.2.2 节方法分别测试不同质量分 致 CO 2 溶解性增高 [22] 。
数乙醇水溶液、丙二醇水溶液、1,3-丁二醇水溶液、 2.1.4 乳化剂-水体系对 CO 2 水合转化效应的影响
丙三醇水溶液对 CO 2 的溶解量，结果如图 3 所示。 乳化剂是洗护产品中重要的添加成分，主要考