陳長興

江蘇斯?fàn)柊钍邢薰?江蘇連云港 222042

1 實驗

1.1 試劑

本研究使用的表面活性劑有3種：陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS，和光純藥生物化學(xué)）、陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，Nacalai特級試劑）、非離子表面活性劑聚氧乙烯（十二）月桂醇醚（AE，L-12P，日本東邦化學(xué)工業(yè)）3種表面活性劑。表面活性劑溶液調(diào)制使用的溶劑全部是自來水（硬度約35mg/kg，由碳酸鈣換算而來）。模型污垢是牛脂（日本純正化學(xué)公司），其他試劑使用和光純藥的特級試劑。

1.2 實驗裝置

微泡發(fā)生裝置上安裝了可調(diào)式流量計，微泡吹出口裝有亞克力制的測定槽。液相為自來水或表面活性劑溶液，氣相為大氣。

1.3 氣泡直徑的測定

微泡發(fā)生裝置工作5min，徹底排除管道中的空氣后，用數(shù)碼顯微鏡VHX-100（Keyence公司）對通過測定槽的微泡動畫進(jìn)行攝影。該動畫用視頻捕捉器VGA2USBPro（Epiphan公司）將動畫文件（分辨率1600×1200）導(dǎo)入，測定焦點重合的氣泡直徑。重復(fù)同樣的操作，直至測定的氣泡數(shù)合計達(dá)到300個。

1.4 氣泡消失時間的測定

用燒杯采集剛從微泡發(fā)生裝置出來的微泡水，目視觀察微泡消失的時間。表面活性劑的添加濃度設(shè)定為10mg/L。

1.5 靜態(tài)表面張力的測定

在20℃下，用表面張力自動測定儀EZ-Pi（Kibbron公司）測定表面活性劑溶液的靜態(tài)表面張力。

1.6 微泡洗凈試驗

以2-丙醇作為溶劑，在玻璃管（長6.0cm，外徑0.7mm，內(nèi)徑0.5mm）中滴下濃度為0.1%（w/v）的牛脂溶液200mL。然后，在室溫下干燥一晚上，待2-丙醇完全揮發(fā)掉后，用于下一步的洗凈試驗。

在管道的一端連接玻璃管進(jìn)行洗凈試驗。洗凈溶液是自來水和各種設(shè)定濃度的表面活性劑溶液?？紤]到洗凈溶液會再次附著到玻璃管壁，因而不能循環(huán)使用玻璃管。洗凈條件為水溫（20±1.5）℃，洗凈時間3min，流量3.5L/min。為了檢測微泡的洗凈效果，在沒有產(chǎn)生微泡的條件下也做了同樣的洗凈試驗。洗凈后的玻璃管，用流動的自來水沖洗管內(nèi)10s，放在室溫下干燥[1]。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑對氣泡行為的影響

（1）表面活性劑對氣泡直徑的影響。另外，添加各種表面活性劑時的平均氣泡直徑與靜態(tài)表面張力。由靜態(tài)表面張力求得 SDS的 cmc約 為 1000mg/L，CTAB的 cmc約 為 260mg/L，AE的cmc約為60mg/L。另外，隨著表面活性劑濃度的增加，靜態(tài)表面張力降低，平均氣泡直徑變小。這表明，表面張力降低，進(jìn)入溶液中的空氣更容易以氣泡形式存在。當(dāng)cmc分別為SDS：50mg/L、CTAB：50mg/L、AE：10mg/L時，氣泡直徑基本為一定值。因此，本研究認(rèn)為濃度高于cmc時，無法預(yù)測微泡的洗凈效果是否有所提高。另外，AE與其他表面活性劑相比，低濃度下的平均氣泡直徑大幅減小，這可能是由于AE的表面活性作用最強。

（2）表面活性劑對氣泡穩(wěn)定性的影響。表1是添加各種表面活性劑時的氣泡消失時間。所有表面活性劑中氣泡消失時間均為自來水中的2倍。此外，并未發(fā)現(xiàn)因表面活性劑種類不同，氣泡消失時間出現(xiàn)大的差異。以上結(jié)果表明，添加表面活性劑不僅能減小氣泡直徑，還能提高溶液中氣泡的穩(wěn)定性。

2.2 表面活性劑對微泡洗凈性的影響

（1）陰離子表面活性劑（SDS）的影響。用微泡洗凈的過程中，隨SDS濃度升高，牛脂的去除率增加，平均氣泡直徑最小的SDS濃度50mg/L條件下的去除率提高15.4%，為微泡單體去除率的1.3倍。因此，添加SDS后微泡泡徑變小，增大了氣液界面面積，提高了牛脂的去除率[2]。

另一方面，比較微泡平均氣泡直徑基本相同的SDS濃度50、100、250mg/L，SDS濃度為250mg/L時的牛脂去除率大幅提高。這很可能是由于在該濃度條件下，SDS在微泡表面的吸附呈飽和狀態(tài)，牛脂及玻璃管上的SDS吸附量增加使牛脂的附著力降低，在液流等機械力的作用下，牛脂變得容易被去除。為此，在SDS濃度250mg/L的條件下，牛脂去除與微泡的疏水性吸附無關(guān)，因此，很難說微泡對牛脂具有洗凈效果。

（2）非離子表面活性劑（AE）的影響。微泡洗凈中，AE與SDS一樣，隨濃度增高牛脂的去除率增加。平均氣泡直徑降至最小的AE濃度為50mg/L，在該條件下牛脂的去除率為22.4%，是微泡單體去除率的1.9倍。

比較AE濃度從10mg/L增加至50mg/L的牛脂去除率發(fā)現(xiàn)，不用微泡洗凈的牛脂去除率為一定值，而用微泡洗凈的牛脂去除率增加。當(dāng)AE濃度從10mg/L增加至50mg/L，靜態(tài)表面張力隨之減小，表面活性劑濃度增加產(chǎn)生的表面活性作用基本不會對牛脂的洗凈性產(chǎn)生影響。因此，可以確認(rèn)微泡直徑減小有利于提高洗凈性。

不過，本研究比較了AE濃度10mg/L與50mg/L的微泡洗凈去除率，認(rèn)為由AE濃度增加引起的牛脂去除率比例很小，在AE濃度為10mg/L時，即可有效提高微泡的牛脂去除率。另外，所有AE濃度條件下的微泡洗凈均能提高牛脂的去除率。

3 結(jié)語

微泡洗凈過程中，在cmc以下的低濃度表面活性劑溶液中能提高洗凈性。推測這可能是添加表面活性劑后，氣泡直徑變小所致。高濃度表面活性劑溶液和陽離子表面活性劑劑溶液會降低微泡的洗凈效果。因此，為了有效利用微泡洗凈，應(yīng)使用濃度為cmc1/20-1/6的陰離子或非離子表面活性劑。