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不同濃度/溫度下陰離子表面活性劑SDS和SDBS溶液表面張力的變化
來源：石油化工應(yīng)用 瀏覽 5626 次 發(fā)布時間:2023-05-18
陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）和十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）可顯著降低氣液界面張力，減小氣液相間傳質(zhì)助力，增大氣液接觸面積及氣體在液相中的溶解度，故可加快氣體水合物生成速率。氣體水合物的生成包括氣體溶解、水合物成核、水合物生長三個階段。
1、實驗部分
1.1實驗試劑與儀器
十二烷基硫酸鈉：中國醫(yī)藥（集團）上?；瘜W試劑公司；十二烷基苯磺酸鈉：實驗室自制。
實驗儀器：K11全自動表面張力儀；HAKKE恒溫水浴系統(tǒng)；FA2004B型電子天平。
1.2實驗步驟
（1）用精度為0.1 mg的FA2004B型電子天平稱取適量的表面活性劑SDS及SDBS。
（2）配制濃度分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L的SDS和SDBS溶液。
（3）在測量表面活性劑溶液表面張力之前，測得20℃的純水表面張力為72.0 mN/m，與標準值相同，說明由該實驗儀器所得數(shù)據(jù)具有較高的可信度。
（4）通過設(shè)置HAKKE恒溫水浴系統(tǒng)將放置于K11全自動表面張力儀平臺上的SDS和SDBS溶液溫度調(diào)節(jié)至實驗設(shè)定的溫度，該實驗中溫度取2、4、6、8、10℃，并在實驗過程中維持該溫度。
（5）利用Wilhelmy板法依次測量不同濃度的SDS和SDBS溶液在一定溫度下的表面張力，待所有濃度溶液表面張力測完后，繼續(xù)測量其在另一溫度下的表面張力，并記錄數(shù)據(jù)。
2、實驗結(jié)果分析
2.1十二烷基硫酸鈉溶液表面張力
2.1.1不同溫度下十二烷基硫酸鈉溶液表面張力與濃度的關(guān)系實驗研究了在溫度為2、4、6、8、10℃條件下，SDS溶液的表面張力與濃度的關(guān)系（見圖1）。
圖1不同溫度下SDS溶液表面張力與濃度的關(guān)系
由圖1可知，當濃度在0.1～0.5 g/L時，隨著SDS溶液濃度的升高，其表面張力逐漸減小；當濃度在0.5～0.9 g/L時，隨著SDS溶液濃度的升高，其表面張力逐漸增大。當SDS溶液濃度為500 mg/L時，其表面張力取得最小值。
2.1.2不同濃度下十二烷基硫酸鈉溶液表面張力與溫度的關(guān)系實驗研究了在濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L條件下，SDS溶液表面張力與溫度的關(guān)系（見圖2）。
圖2不同濃度下SDS溶液表面張力與溫度的關(guān)系
由圖2可知，在2～6℃的溫度區(qū)間內(nèi)，SDS溶液表面張力減小速度較快，在6～10℃的溫度區(qū)間內(nèi)，SDS溶液表面張力減小緩慢。而在各溫度點，500 mg/L的SDS溶液表面張力始終低于其它濃度SDS溶液的表面張力。
2.2十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力
圖3不同溫度下SDBS溶液表面張力與濃度的關(guān)系
2.2.1不同溫度下十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力與濃度的關(guān)系實驗研究了在溫度為2、4、6、8、10℃條件下，SDBS溶液的表面張力與濃度的關(guān)系（見圖3）。由圖3可知，當濃度在0.1～0.7 g/L時，隨著SDBS溶液濃度的升高，其表面張力逐漸減??；當濃度在0.7～0.9 g/L時，隨著SDBS溶液濃度的升高，其表面張力逐漸增大。當SDBS溶液濃度為0.7 g/L時，其表面張力取得最小值。
2.2.2不同濃度下十二烷基苯磺酸鈉溶液表面張力與溫度的關(guān)系實驗研究了在濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L條件下，SDBS溶液表面張力與溫度的關(guān)系（見圖4）。由圖4可知，對于0.5 g/L的SDBS溶液在2～4℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力減小，在4～8℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力增大，在8～10℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力減??；對于0.9 g/L的SDBS溶液在2～4℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力減小，在4～6℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力增大，在6～10℃區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高，SDBS溶液表面張力減小。在溫度相同的條件下，濃度為0.7 g/L的SDBS溶液表面張力始終低于其他濃度SDBS的表面張力。
圖4不同濃度下SDBS溶液表面張力與溫度的關(guān)系
3、結(jié)論
（1）表面活性劑SDS和SDBS均能顯著降低氣液界面的表面張力，提高水合物成核速率，縮短誘導時間。
（2）在2～10℃的溫度區(qū)間內(nèi)，SDS和SDBS溶液表面張力均隨濃度的升高先減小后增大，且在低濃度下，溶液濃度變化對其表面張力影響更大。
（3）在0.1～0.9 g/L的濃度范圍內(nèi)，SDS和SDBS溶液表面張力均隨溫度的升高而逐漸減小，而SDBS溶液表面張力減小幅度更小。
（4）在高濃度下，SDS及SDBS溶液表面張力隨濃度的升高而增大，并且有研究表明氣體水合物反應(yīng)體系中氣液界面處快速生成的水合物膜會阻礙氣液界面間的傳質(zhì)。所以，濃度過高的表面活性劑SDS和SDBS并不利于氣體水合物的快速生成。
（5）在2～10℃溫度區(qū)間內(nèi)，SDS及SDBS溶液促進水合物生成的最佳濃度分別為500 mg/L和700 mg/L，此時其表面張力取得最小值。