温度对复配体系临界胶束浓度的影响.docx
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温度对复配体系临界胶束浓度的影响
2013届本科毕业论文(设计)
温度对SDS-CTAB复配体系临界胶束浓度的影响
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温度对SDS-CTAB复配体系临界胶束浓度的影响
摘要
表面活性剂的一个重要性质是其临界胶束浓度,简称CMC。
本文利用电导法测定了不同温度下阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的CMC值,以及它们以不同摩尔比复配时体系在不同温度下的CMC值。
发现相应的单一体系的CMC值随温度的升高会略微增大,而SDS-CTAB复配体系的CMC值随温度的升高而减小,且无论以多少摩尔比复配,SDS-CTAB体系的CMC值都比相应单一体系的CMC值小。
关键词:
临界胶束浓度,十二烷基硫酸钠,十六烷基三甲基溴化铵,复配体系
TheimpactoftemperatureonthecriticalmicelleconcentrationofSDS-CTABcomplexsystem
Abstract
SurfaceactiveagentanimportantpropertiesisitsCriticalMicelleConcentration(CriticalMicelleConcentration(CMC),byusingtheconductancemethoddeterminedunderdifferenttemperaturetypeanionicsurfactant12sodiumdodecylsulfate(SDS),typecationicsurfactantcetylthreemethylbrominatedammonium(CTAB)oftheCriticalMicelleConcentration(CMC),Aswellastothetypeofsystemwhenthemolarratioofcompoundofthecriticalmicelleconcentrationatdifferenttemperatures,FoundasinglesystemCMCvalueslightlyincreaseswithincreasingtemperature,butSDS-CTABcomplexsystemCMCvaluedecreaseswithincreasingtemperature,Andnomatterhowmuchthemolarratioofthecompound,theCMCvalueofSDS-CTABsystemthanthecorrespondingsinglesystemCMCvalue.
Keywords:
criticalmicelleconcentration,twelvesodiumdodecylsulfatecetylthreemethylbrominatedammonium,complexsystem,conductivitymethod
1.引言
胶束的形成是发生胶束增溶作用的前提条件。
而临界胶束浓度是表面活性剂在水中形成胶束的标志之一[1]。
表面活性剂的CMC值的求取主要依据表面活性剂水溶液的物理性质会在CMC附近发生显著变化。
CMC越小,表示形成胶束所需浓度越低,达到界面饱和吸附的浓度就越低,因而改变表面性质,起到润湿、乳化、起泡等作用所需的浓度也降低。
在许多工业部门,表面活性剂是不可缺少的助剂。
常用的CMC测定方法有表面张力法,染料增溶法,电导率法[2],光散射法、荧光法、紫外光谱法等。
阴-阳离子表面活性剂复配体系间强烈的静电作用能使其表面活性大大提高,而这种相互作用又使复配体系浓度一旦超过CMC即产生沉淀或发生相分离[3,4]限制了其应用。
有研究发现,在阴离子或阳离子的亲水基中引入聚氧乙烯基(E0)基团可以改善这种现象[5]。
但这些研究都没有讨论温度的影响,由于在实际的应用中,有时会用到不同的温度,而CMC又可以作为表面活性剂活性高低的一种量度[6],温度不同,CMC值会发生一定的变化。
对于复配体系,温度升高引起分子间热运动加剧有可能使阴、阳离子的静电作用相对增强,从而使溶液继续保持高的表面活性[7],因此研究温度对表面活性剂CMC的影响,不仅具有理论意义还有使用价值。
且本文的研究结果对拓展阴阳离子复配表面活性剂的应用,具有一定意义。
本文采取了电导率法测定两种常见的离子型表面活性剂及其复配后的临界胶束浓度,在水中加入表面活性剂后,溶液的摩尔电导率随浓度增加而减小,达到CMC之后,摩尔电导率减小的速率开始发生突变,作浓度-摩尔电导率关系图,图中曲线的转折点对应的浓度即为该温度下溶液的CMC值。
在复配体系中,因正、负离子电性中和,混合体系的水溶液极不稳定,浓度达到CMC附近时,许多阴-阳离子复配体系溶液就易发生分层及絮凝现象,甚至是沉淀[8]。
2.实验部分
2.1仪器及试剂
2.1.1仪器
DDS-307A型电导率仪、DJS-1C型电导电极(上海精密科学仪器有限公司);FA1204B型电子天平(上海佑科仪器仪表有限公司);DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器(河南省予华仪器有限公司)。
2.1.2试剂
十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量不少于99.0%(分析纯,天津市福晨化学试剂厂);十二烷基磺酸钠(SDS)(分析纯,天津市福晨化学试剂厂);本实验所用水为二次去离子水。
2.2实验过程
用二次去离子水彻底清洗容量瓶后,将SDS和CTAB按照摩尔比为1:
0、1:
1、1:
3、1:
4、4:
1、3:
1、0:
1的比例,以逐步稀释的办法,在容量瓶中配制成一系列不同浓度的水溶液,由于SDS与CTAB复配时形成的溶液不透明,在使用之前应该在恒温加热磁力搅拌器中搅拌均匀。
将电导率仪打开预热30min,用二次去离子水清洗电极表面和温度传感器表面,并用待测溶液润洗。
将所配制溶液取少许在水浴槽中进行20℃恒温水浴恒温10min。
将电导率仪的电极放入溶液中使溶液全部淹没电极下端待读数稳定后记录读数,重复三次,取平均值。
用不同配比的溶液在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃下重复上述实验过程,记录数据。
3.结果与讨论
3.1SDS溶液、CTAB溶液的CMC值与温度的关系
根据2.2将不同温度下SDS溶液、CTAB溶液所测得摩尔电导率-浓度关系分别制得表1、表2,图1、图2。
表1不同温度下SDS:
CTAB为1:
0时溶液摩尔电导率-浓度关系
SDS浓度×103/(mol/L)
SDS在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m²/mol)
20℃25℃30℃35℃40℃
3
71
79.3
85
92
100.3
4
69
76.5
82.3
89
97.8
5
65.2
73.6
79.6
86
94.2
6
61.2
67.3
73
79.5
87.3
7
59.7
64.6
69.3
75.4
83
8
58.4
62.6
68.6
74.5
82.9
10
49.4
53.1
57.6
62.8
69.7
12
43.8
48
52.2
56.3
61.6
14
40.4
43.4
47.6
52.7
57
16
37.1
40.9
45.3
49.3
53.7
18
35.3
39.6
43.9
47.9
50.2
图1不同温度下SDS:
CTAB为1:
0时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图1、2中各条曲线转折点可得出,在25℃时,SDS与CTAB的CMC值分别为8×10-3mol/L、9×10-4mol/L,与文献值相符。
由公式△G=2RTlnXCMC可知,胶束的形成是自发过程;图中所示溶液温度从20℃升高到40℃,SDS与CTAB的CMC值变化并不明显,呈微弱的上升趋势。
原因为,由公式lnx2/lnx1=△H/R(1/T2-1/T1)可以解释胶束化是一个放热过程,由上述结论可得胶束的形成是一个自发的放热反应,所以温度的升高不利于表面活性剂分子聚集成为胶束,使表面活性剂难以进入胶束,致使CMC上升;另一方面,温度的升高,可使憎水基周围的水结构破坏,妨碍胶束的形成,也使CMC上升[9]
表2不同温度下SDS:
CTAB为0:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
CTAB浓度×104/(mol/L)
CTAB在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m²/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
5
9.32
9.94
10.82
11.74
12.68
6
9.15
9.83
10.77
11.62
12.58
7
8.87
9.5
10.43
11.33
12.35
8
8.76
9.35
10.1
11
12.15
9
8.52
9.21
9.9
10.82
11.96
10
7.87
8.61
9.14
9.92
11
12
6.83
7.46
8.04
8.69
9.65
14
5.99
6.44
6.95
7.61
8.44
16
5.46
5.92
6.39
6.9
7.58
18
4.97
5.42
5.88
6.39
6.93
20
4.64
5.03
5.45
5.95
6.41
图2不同温度下SDS:
CTAB为0:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
3.2SDS-CTAB复配体系CMC与温度的关系
根据2.2所得数据,作出不同温度下不同摩尔比的SDS-CTAB复配体系的摩尔电导率与浓度关系图:
表3不同温度下SDS:
CTAB为1:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
复配体系浓度×104/(mol/L)
复配体系在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m2/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
0.032
89.1
97.5
106.3
116.9
130
0.048
83.1
92.5
101.1
111.2
120.2
0.096
79.8
89.5
97.5
107.6
117.2
0.144
78.9
88.9
96.8
106.8
116.4
0.16
78.2
88.4
96.2
106.3
115.9
0.224
56.1
61.8
74.3
84.2
92.8
0.256
38.1
41.3
55.9
65.9
74.7
0.3008
18.5
24.3
37.6
47.4
56.6
0.384
9.8
16.2
22.6
32.2
40.9
0.448
5.6
11.5
16.7
21.9
29.4
0.512
4
6.2
10.4
18
24.2
/(mol/L)½
图3不同温度下SDS:
CTAB为1:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图可知,在25℃时,等摩尔SDS-CTAB复配体系的CMC值为0.16×10-4mol/L,40℃时CMC值为0.14×10-4mol/L,比单一体系SDS和CTAB的CMC值都小,即表面活性高。
表4不同温度下SDS:
CTAB为1:
3时溶液摩尔电导率-浓度关系
复配体系浓度×104/(mol/L)
复配体系在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m2/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
0.282
19
20.3
21.9
23.8
26
0.3
15.8
17
19.6
21
23.1
0.318
13.5
14.7
16.9
18
19.8
0.348
12.2
13.4
15.5
16.8
18.6
0.402
11.6
12.3
14.5
15.9
17.9
0.46
11.1
12.1
14.1
15.4
16.7
0.54
8
9
10.5
11.8
12.4
0.6
6.1
7.2
8.6
9.9
11.3
0.66
4.4
5.3
6.4
7.3
8.6
0.72
3
4.1
4.9
5.8
6.9
图4不同温度下SDS:
CTAB为1:
3时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图可知,在25℃时,摩尔比为1:
3的SDS-CTAB复配体系的CMC值为0.46×10-4mol/L,40℃时CMC值为0.40×10-4mol/L,比单一体系SDS和CTAB的CMC值都小,即表面活性高。
表5不同温度下SDS:
CTAB为3:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
复配体系浓度×104/(mol/L)
复配体系在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m2/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
0.032
112.8
120.3
128.8
139.4
152.5
0.048
103
110.2
118.8
122.3
135.2
0.096
91.3
98.2
109.8
113
125.9
0.16
82.3
89.8
101.6
104.7
117.6
0.232
78.2
84.9
97
100.1
113.9
0.256
75.5
82.3
94.6
97.7
112.3
0.28
46.1
53
65.4
68.7
83.2
0.3
34.5
41.5
54.1
57.3
69.8
0.384
19.3
26.4
39.2
42.4
52.6
0.448
10.8
18
31
34.4
46.5
0.512
5.4
11.7
24.9
28.4
40.3
0.576
3.3
9.4
22.8
26.3
39
/(mol/L)½
图5不同温度下SDS:
CTAB为3:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图可知,在25℃时,摩尔比为3:
1的SDS-CTAB复配体系的CMC值为0.26×10-4mol/L,40℃时CMC值为0.23×10-4mol/L,比单一体系SDS和CTAB的CMC值都小,即表面活性高。
表6不同温度下SDS:
CTAB为1:
4时溶液摩尔电导率-浓度关系
复配体系浓度×104/(mol/L)
复配体系在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m2/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
0.282
14.6
15.9
17.3
19.1
21.2
0.3
13.9
15
16.5
18.1
20.1
0.348
13
14.4
15.9
17.5
19.4
0.384
12.5
13.9
15.4
16.7
18.6
0.415
12
13.4
15
16.3
18.1
0.462
11.7
12.8
14.7
15.8
16.3
0.492
10
11.1
12.6
13.9
15.4
0.54
8.1
9
10.4
11.6
13
0.6
6.5
7.3
8.8
9.9
11.2
0.66
4.9
5.6
6.8
7.8
9.1
0.84
3.5
4
5.1
6
7.2
图6不同温度下SDS:
CTAB为1:
4时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图可知,在25℃时,摩尔比为1:
4的SDS-CTAB复配体系的CMC值为0.45×10-4mol/L,40℃时CMC值为0.41×10-4mol/L,比单一体系SDS和CTAB的CMC值都小,即表面活性高。
表7不同温度下SDS:
CTAB为4:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
复配体系浓度×104/(mol/L)
复配体系在不同温度下的摩尔电导率×107/(S·m2/mol)
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
0.048
80.8
85.6
90
96.5
105.2
0.096
65
71.8
76.2
82.6
91.6
0.16
59.3
66.1
70.4
76.7
85.6
0.232
53.4
60.2
64.4
70.6
79.4
0.296
49.8
56.7
60.8
66.9
68.6
0.344
31.9
36.7
42.9
48.9
54.5
0.384
20.7
27.5
31.6
35.5
44
0.448
12.4
19.3
23.3
29.1
35.5
0.576
7.2
14.1
18
23.7
32
0.64
5.8
12.7
16.7
20.5
30.7
图7不同温度下SDS:
CTAB为4:
1时溶液摩尔电导率-浓度关系
由图可知,在25℃时,摩尔比为4:
1的SDS-CTAB复配体系的CMC值为0.30×10-4mol/L,40℃时CMC值为0.23×10-4mol/L,比单一体系SDS和CTAB的CMC值都小,即表面活性高。
由图3-7可知,CTAB-SDS复配体系中CTAB对混合体系的CMC值起决定性的作用,它的含量对混合溶液的CMC值影响大于SDS。
且随着温度的升高,SDS-CTAB复配体系的CMC值逐渐减小,即表面活性升高,这是因为在低温时,SDS-CTAB复配体系由于强烈的静电作用而产生絮状物,使表面活性降低。
温度升高引起分子间热运动加剧有可能使阴、阳离子间的静电作用相对增强10],表面活性升高,而且CTAB-SDS复配体系的溶解度也随温度的升高而增加[11]。
这
与温度对阴、阳离子单一体系的影响是有区别的。
综合图1-7,可以看出,随着温度的升高,表面活性剂溶液的摩尔电导率升高;SDS-CTAB复配体系的CMC值都比任一单一体系的CMC要小的多,也就是说这两种表面活性剂复配体系具有比单一表面活性剂高得多的表面活性,这是因为阴、阳离子表面活性剂在混合溶液中有强烈的相互作用,此种作用的本质主要是电性相反的表面活性剂离子间的静电吸引作用和复配体系中碳氢链间的疏水作用。
由图4-7与图3比较可知,等摩尔复配体系的CMC值最小,即表面活性最强,这是因为在等摩尔混合时阴、阳表面活性离子相互作用的几率最大,导致表面活性最高。
4.结论
(1)用电导率法可以测定SDS、CTAB及其复配体系的临界胶束浓度;
(2)20℃-40℃温度范围内,随着温度的升高,离子型表面活性剂SDS、CTAB的CMC值呈微弱上升趋势;
(3)20℃-40℃温度范围内,随着温度的升高,SDS-CTAB复配体系的CMC逐渐减小;
(4)等摩尔混合时SDS-CTAB复配体系的CMC最小,即此时的表面活性最高。
参考文献
[1]邹耀洪,鱼维洁.温度、氯化钠及乙醇对离子型表面活性剂临界胶束浓度的影响[J].常熟高专学报,2003,17(4):
45—49.
[2]倪良,胡莹海,吴春笃.电导法研究环己烷/水/CTAB乳状液的稳定性[J].江苏大学学报:
自然科学版,2005,26(6):
550—552.
[3]JoenssonB,JokelaP,KhanA,eta1.Catanioniesurfactants:
phasebehaviorandmicroemulsions[J].Langmuir,1991,7(5):
889—895.
[4]赵国玺,朱瑶.正一负离子表面活性剂研究的新进展.中国日用化学工业研究院信息中心92国际表面活性剂、洗涤剂研讨会论文集[C].上海中国日用化学工业信息中心,l992,406—4l2.
[5]崔正刚.阴离子/阳离子混合表面活性剂体系的协同效应及其应用[J].日用化学品科学,1999,(4):
23.
[6]段世峄,谭逸玲.界面化学[M].北京高等教育出版社,1990,224.
[7]杜碧莹,唐渝,杨骏,等.温度对等摩尔CTAB—SDS复配体系表面张力及乳化性能的影响[J].精细化工,2006,23
(1):
25-27.
[8]崔正刚,JeanPaulCANSELIER.一些二元阴/阳离子表面活性剂混合体系的混合胶束形成和表面张力降低的效能[J].日用化学工业,1997,(4):
1-6.
[9]陈联群,李丽莎,李菊艳,等.十六烷基三甲基溴化铵临界胶束浓度与温度的关系[J].内江师范学院学报,2006,21(6):
49-51.
[10]巩育军,薛元英.正负离子表面活性剂混合溶液的增溶作用[J].西北大学学报(自然科学版),2000,3O
(1):
30-32.
[11]YUTANG*,BIYINGDU,JUNYANGandYUANMINGZHANG.TemperatureeffectsonsurfaceactivityandapplicationinoxidationoftoluenederivativesofCTAB–SDSwithKMnO4[J].IndianAcademyofSciences,Chem.Sci,2006,118(3):
281-285.
致谢
随着毕业论文的完成,我的大学生活也即将结束。
在这四年的大学生活中,有过欢笑,有过泪水,有过拼搏,给我的感觉是那么的充实与满总,这一切都会成为我人生中一段美好的回忆。
在这次实验过程中,我的指导老师悉心指导我的实验,在论文课题的选取、资料查询、实验阶段所遇到的问题等各方面都给予了的很大帮助,总是耐心的指导我们的实验。
老师教给我严谨的实验态度,对我的论文也是一遍一遍仔细审阅,指出我的不足之处,让我从实验中受益匪浅,我能按时完成实验离不开老师的辛苦。
在这里,我向老师表示深深的感谢。
另外也要感谢院系领导为我们的毕业实验提供宽敞的实验室,先进完备的实验仪器。
最后要感谢在实验室中指导过我的所有老师和同学们,正是有了他们的帮助和陪伴我才能顺利的完成这次实验。
由于我的知识水平有限,虽已查阅了大量文献,但不免会有疏漏乃至错误之处,还请老师们给予批评指正!
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