改性SiO2納米顆粒 表面活性劑對(duì)水基泡沫穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)理研究

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改性 SiO2 納米顆粒/ 表面活性劑對(duì)水基泡沫穩(wěn)定性的增強(qiáng)機(jī)理研究摘 要本文通過測定泡沫的半衰期考察了 SDS、CTAB 和 C12E5 三種表面活性劑的濃度和種類對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，并測得其不同濃度下的表面張力。研究結(jié)果表明隨著表面活性劑濃度的增大，泡沫穩(wěn)定性先增大后趨于穩(wěn)定，并得出三種表面活性劑的穩(wěn)泡能力大小順序，找到了三種表面活性劑的臨界膠束濃度。此外本文對(duì)納米 SiO2 進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎?，研究了改?SiO2 納米顆粒對(duì)水基泡沫穩(wěn)定性影響的規(guī)律和機(jī)理，結(jié)果表明在不同濃度表面活性劑情況下 SiO2 納米顆粒對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律不同，并確定了表面活性劑和 SiO2 納米顆粒復(fù)配的最佳濃度，同時(shí)采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)不同濃度SiO2 下泡沫穩(wěn)定性變化機(jī)理進(jìn)行了研究，為 SiO2 納米顆粒/表面活性劑穩(wěn)定泡沫提供一定的理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：泡沫；表面活性劑；表面張力；SiO 2 納米顆粒Enhancement mechanism of modified SiO2 nanoparticles / surfactant on water - based foam stabilityAbstractIn this paper, the effects of concentration and species of SDS、CTAB 和 C12E5 three kinds of surfactants on foam stability were investigated by measuring the half-life of foam, and the surface tension at different concentrations was measured. The results show that the stability of the foam increased with the increase of surfactant concentration firstly, then entered a smooth stage. The order of the stability of the three kinds of surfactants was obtained, and the critical micelle concentration of each surfactant was found out. Besides, the modified SiO2 nanoparticles was imported to investigate the effect of nanoparticles on the stability of aqueous foam. The results show that the influence of SiO2 nanoparticles on the stability of foam was different under different concentration of surfactants. And the optimal concentration of surfactants and SiO2 nanoparticles was determined, the mechanism of foam stability was studied by molecular dynamics simulation at the same time. The investigation may provide some theoretical guidance for the research of SiO2 nanoparticles/surfactants foam system. Keywords：Foam；Surfactant；Interfacial tension；SiO 2 nanoparticles目 錄第 1 章 緒論.11.1 引言11.2 泡沫概述11.2.1 泡沫的形成及結(jié)構(gòu).11.2.2 泡沫的衰變.21.3 表面活性劑概述31.3.1 表面活性劑的定義和分類.31.3.2 表面活性劑的基本性質(zhì).41.4 改性 SiO2 納米顆粒概述 51.4.1 SiO2 納米顆粒穩(wěn)定泡沫優(yōu)勢 .51.4.2 SiO2 納米顆粒穩(wěn)定泡沫機(jī)制 .51.4.3 SiO2 納米顆粒穩(wěn)定泡沫影響因素 .61.5 研究內(nèi)容7第 2 章 單一表面活性劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究.92.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)儀器92.1.1 實(shí)驗(yàn)材料.92.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器.92.2 單一表面活性劑形成的泡沫半衰期的測量92.3 單一表面活性劑形成的泡沫表面張力的測量102.4 泡沫形態(tài)記錄112.5 結(jié)果與討論112.5.1 單一表面活性劑濃度與泡沫半衰期和表面張力的關(guān)系分析.112.5.2 泡沫形態(tài)分析.122.6 本章小結(jié)14第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究 .153.1 實(shí)驗(yàn)器材及模擬方法153.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)儀器.153.1.2 研究對(duì)象及模擬方法.153.2 納米 SiO2 的疏水化修飾及表征 163.2.1 納米 SiO2 的疏水化修飾 .163.2.1 疏水化納米 SiO2 的表征 .173.3 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響探索 173.4 結(jié)果與討論183.4.1 改性 SiO2 對(duì)低濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律 .183.4.2 改性 SiO2 對(duì)臨界膠束濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律 .193.4.3 改性 SiO2 對(duì)高濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律 .213.4.4 不同濃度 SiO2 下泡沫穩(wěn)定性變化的機(jī)理研究 .233.5 本章小結(jié)26第 4 章 結(jié)論.27致 謝.28參考文獻(xiàn).29第 1 章 緒論1第 1 章 緒論1.1 引言泡沫在我們?nèi)粘Ｉ钪械暮芏囝I(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如化妝品和洗滌劑，而且在許多工業(yè)領(lǐng)域如礦物浮選、電磁干擾屏蔽、提高石油采收率（EOR）等也有重要應(yīng)用 [1-6]，但是泡沫的不穩(wěn)定性使其應(yīng)用受到限制。表面活性劑所具有的親水基團(tuán)和疏水集團(tuán)能夠降低氣- 液表面張力，進(jìn)而提高泡沫的穩(wěn)定性。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，比如用于驅(qū)油時(shí)的地層狀態(tài)往往是高溫、高鹽等苛刻的條件，泡沫穩(wěn)定性受到很大的影響，再者，表面活性劑在如此條件下非常容易被破壞，也就說明僅借助表面活性劑是不能使泡沫性質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定的。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，常常通過添加聚合物為主的穩(wěn)泡劑，來實(shí)現(xiàn)泡沫穩(wěn)定性的提高，但這種方法也會(huì)造成一系列的問題。在高溫地層中，該類型的穩(wěn)泡劑極易分解失效，且起泡體積小效果差，泡沫破裂失效后遺留的有機(jī)物殘?jiān)鼤?huì)致使地層破壞。納米 SiO2 作為一種新型有效的穩(wěn)泡劑由于其性能優(yōu)異并且適應(yīng)條件廣泛而逐漸發(fā)揮出了應(yīng)用優(yōu)勢。但現(xiàn)如今對(duì)這部分基于表面改性的 SiO2 以及表面活性劑的復(fù)配體系的穩(wěn)泡劑，在穩(wěn)泡效果方面的研究較少?，F(xiàn)針對(duì)三種表面活性劑穩(wěn)泡性能以及與納米SiO2 復(fù)配的情況進(jìn)行了模擬及實(shí)驗(yàn)研究，為今后研究 SiO2 納米顆粒復(fù)配型穩(wěn)泡劑性能提供了一定的理論指導(dǎo)。1.2 泡沫概述1.2.1 泡沫的形成及結(jié)構(gòu)泡沫在我們的日常生活中存在很普遍。泡沫是由分散的氣相和連續(xù)的液相組成的膠體系統(tǒng)。穩(wěn)定的泡沫不能僅由純液體形成，液體中要有兩種或兩種以上的成分，基礎(chǔ)成分為起泡劑和起泡液體。用的最廣泛的起泡劑為表面活性劑，起泡液體通常為水，有時(shí)也為超臨界二氧化碳等特殊物質(zhì)。有時(shí)候還加入醇和胺等氧化物作為穩(wěn)定泡沫劑來穩(wěn)定泡沫。第 1 章 緒論2向水中加入起泡劑之后，起泡劑會(huì)吸附在氣-液界面，還有一部分起泡劑會(huì)以膠束狀態(tài)團(tuán)聚在水相中，氣-液界面上的起泡劑由于其兩親性的特點(diǎn)使得其親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)分別伸向水中和空氣中。水相中的起泡劑吸附在氣泡周圍形成一個(gè)大氣泡，由于浮力上升到氣- 液界面，并與界面上的起泡劑接觸，形成雙吸附層（如圖 1-1 所示） 。雙吸附層兩側(cè)的氣泡由于起泡劑的吸附而穩(wěn)定的存在，當(dāng)形成很多這種氣泡時(shí)，便是生活中常見的蜂窩狀泡沫。圖 1-1 起泡劑在泡沫上的吸附1.2.2 泡沫的衰變泡沫巨大的表面能使其傾向于破裂，所以它一出現(xiàn)就開始演變 [8]。液體的排出、泡沫的聚結(jié)和泡沫膜的破裂是影響泡沫穩(wěn)定性的主要過程 [9-12]，其實(shí)際上由泡沫膜的特性決定。其中，泡沫中液體的排出主要是由重力和起泡之間的相互擠壓造成的；而曲面壓力作用導(dǎo)致了氣泡間相互擠壓（如圖 1-1 即為 Plateau 邊界） 。根據(jù) Laplace 方程可以得出：PB-PA=σ/R (1-1)PA 和 PB 分別為圖 1-2 中所示的 A、B 處的壓力， σ 為表面張力，R 為氣泡半徑。根據(jù)式(1-1)可以看出相比之下，B 處壓力更大，導(dǎo)致 BA 兩處之間形成壓力差，繼而使得液體由 B 流至 A 處，致使液膜厚度不斷地減小，最終破裂。第 1 章 緒論3圖 1-2 Plateau 邊界除此之外，液面處的氣泡中的氣體直接擴(kuò)散到空氣中也會(huì)導(dǎo)致氣泡破裂，還有位于液相中的氣泡，會(huì)因?yàn)榇笮〔灰粯訉?dǎo)致的壓力差使得小的氣泡中的氣體進(jìn)入到大的氣泡中，原本小的氣泡就會(huì)逐漸減小直到破裂，也會(huì)導(dǎo)致泡沫減少。1.3 表面活性劑概述1.3.1 表面活性劑的定義和分類表面活性劑是含有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)即親油基團(tuán)的兩親性分子，該特性使表面活性劑分子能夠在溶液表面鋪展開來，親水基伸向水中，疏水基團(tuán)伸向空氣，繼而使溶液的表面張力降低，達(dá)到穩(wěn)定泡沫的效果。但是并非所有具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的分子都屬于表面活性劑分子，還需要滿足碳?xì)滏滈L度為 8~20 的條件 [13]。根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)的不同，可以把表面活性劑劃分成不同的種類。常見的方法主要是依據(jù)表面活性分子在溶液中電離特性各異，能夠得到如下分類：能夠電離出離子的稱之為離子型表面活性劑；相反的不能電離的稱為非離子型表面活性劑；根據(jù)離子型表面活性部位的不同，又將其分為陰離子型和陽離子型。而同時(shí)電離出兩種離子的，又稱為兩性活性劑。（1）陽離子表面活性劑絕大多數(shù)含氮有機(jī)物和部分含硫、含磷的活性劑能在水中能夠電離出憎水的陽離子基團(tuán)。其價(jià)格一般較高，所以不用于洗滌劑或潤滑劑。其有著很強(qiáng)的殺菌能力，因而廣泛應(yīng)用于消毒劑。同時(shí)擁有很強(qiáng)的吸附能力，能夠作為柔軟劑用于紡織等行業(yè)。但是，該活性劑不能與陰離子型調(diào)配共用，否則會(huì)形成沉淀繼而影響使用效果。第 1 章 緒論4（2）陰離子型表面活性劑將其溶于水中，能夠電離出憎水的陰離子，可分為磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽以及羥酸鹽這四類。具有去污、發(fā)泡、分散、乳化等特性。作為發(fā)泡劑、乳化劑、洗滌劑及分散劑等廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)。這種類型的活性劑是目前應(yīng)用最為廣闊的，常被廣泛應(yīng)用到三次采油過程當(dāng)中。在上述四類中，硫酸鹽型活性劑的洗滌以及潤濕效果最好，但是因?yàn)楹蛭飳?duì)環(huán)境污染易造成污染，故這部分應(yīng)用較少。另外，使用最早的為羧酸鹽型表面活性劑，一直到現(xiàn)在都有使用，古代的肥皂就是這種類型的表面活性劑，具有良好的物理化學(xué)性能，但是其容易受到環(huán)境的影響，適用范圍小。同樣的，該類型不可以與陽離子型活性劑共用，否則形成沉淀導(dǎo)致效果變差。（3）非離子型表面活性劑該類型的活性劑在水中不會(huì)產(chǎn)生離子。正是因其本身有著親水能力非常強(qiáng)的官能團(tuán)，使其能夠在水中溶解。和陰離子型表面活性劑相比具有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)為其乳化能力更高，缺點(diǎn)為不耐堿，價(jià)格也比較高。另外，該活性劑的溶劑溶解度隨著溫度的升高反而降低，這是由于溫度升高導(dǎo)致其氫鍵斷裂，便破壞了它的親水性，致使溶解度變小。其應(yīng)用主要為醫(yī)藥、農(nóng)藥和食品等方面。（4）兩性表面活性劑在水中能同時(shí)電離出陰、陽離子兩種離子類型，并且在溶液中的存在形式取決于溶液的 PH 值，當(dāng)溶液的 PH7 時(shí)，以陰離子的形式存在；當(dāng)溶液的 PH十二烷基聚氧乙烯醚 C12E5十六烷基三甲基溴化銨 CTAB。2.5.2 泡沫形態(tài)分析三種表面活性劑各濃度產(chǎn)生的泡沫尺寸幾乎相等，選取其各自的臨界膠束濃度，在其泡沫產(chǎn)生 1min 和 5min 后捕獲的圖像如圖 2-6 所示：a b第 2 章 單一表面活性劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究15c de f圖 2-6 不同種類表面活性劑形成泡沫圖像：（ a，b）：SDS 泡沫， （c，d）：C 12E5 泡沫， （e，f）：CTAB 泡沫。 （a，c ，e ）：泡沫產(chǎn)生 1 分鐘后的圖像， （b，d，f）：泡沫產(chǎn)生 5 分鐘后的圖像。根據(jù)圖 2-6 可見，在泡沫生成的初始階段，這三種表面活性劑的泡沫大小相差不大， SDS 的最小，CTAB 的最大，C 12E5 適中，過了 5min 之后三種表面活性劑的氣泡尺寸都變大并且 SDS 和 C12E5 的泡沫相差不大，CTAB 的變化最大。這意味著 C12E5 氣泡的聚結(jié)速度比 SDS 的快一些。對(duì)于 CTAB 泡沫，開始泡沫的大小比其它兩種泡沫大并且隨著泡沫衰變過程迅速增加，這說明泡沫氣泡的聚結(jié)與破碎非常嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象也與上述情況對(duì)應(yīng)，SDS 產(chǎn)生的泡沫致密、穩(wěn)定，并且尺寸較小。而 CTAB 和 C12E5 產(chǎn)生的泡沫尺寸相對(duì)來說較大，并且泡沫很脆弱，有時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)泡沫崩塌的現(xiàn)象。這一點(diǎn)與上述三種活性劑的穩(wěn)泡能力相對(duì)應(yīng)。第 2 章 單一表面活性劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究162.6 本章小結(jié)SDS、CTAB 和 C12E5 三種單一表面活性劑能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)泡并可以穩(wěn)定泡沫。隨著活性劑濃度的增加，泡沫的穩(wěn)定性先逐漸增加，后趨于穩(wěn)定，并且在各自的臨界膠束濃度下穩(wěn)定性最好。因?yàn)樵诘竭_(dá)臨界膠束濃度之后，氣-液界面表面活性劑分子達(dá)到最多，此時(shí)表面張力達(dá)到最低，達(dá)到最佳泡沫穩(wěn)定性。SDS、CTAB、C 12E5 的臨界膠束濃度分別為 0.5wt%、0.6wt% 、 0.9wt%。表面活性劑的種類對(duì)于泡沫的穩(wěn)定影響很大，這三種表面活性劑穩(wěn)定泡沫的能力大小順序?yàn)椋菏榛蛩徕c（SDS） 十二烷基聚氧乙烯醚（ C12E5）十六烷基三甲基溴化銨（CTAB） 。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，選取合適的表面活性劑的濃度和種類對(duì)于節(jié)約成本和提高穩(wěn)定泡沫效果有著重要意義。第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究17第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究3.1 實(shí)驗(yàn)器材及模擬方法3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)儀器本章所用的實(shí)驗(yàn)材料除上述 2.1.1 所列舉的之外，還包括正辛基三乙氧基硅烷：含量 97%，阿拉丁生化科技有限公司；SiO 2 納米顆粒：含量 99.5%，50±5nm，麥克林生化科技有限公司。除上述儀器之外，所用儀器如表 3-1 所示：表 3-1 主要實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱 型號(hào) 生產(chǎn)廠家磁力攪拌電加熱套 MS-DMS632-250mL Remi Elektrotechnik Limited傅里葉變換紅外光譜儀 GX 2000 Perkin-Elmer 公司數(shù)控超聲波清洗機(jī) Branson 2510、8510 Branson 公司干燥箱（真空） DZF-6021 上海一恒科學(xué)儀器有限公司離心機(jī) UNIVERSAL 320 (R) Hettich 公司3.1.2 研究對(duì)象及模擬方法本小節(jié)中，進(jìn)行模擬的對(duì)象選擇的是十二烷基硫酸鈉分子（如圖 3-1 所示） 。圖 3-1 研究對(duì)象分子結(jié)構(gòu)示意圖模擬方法為：首先，建立該活性劑的單分子層結(jié)構(gòu)，由 16 個(gè)分子構(gòu)成，使得其單第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究18分子結(jié)構(gòu)碳鏈與 Z 軸平行。然后構(gòu)建 5nm 分子層厚度的水盒子，通過液態(tài)水的密度可以計(jì)算得到應(yīng)該含有水分子的個(gè)數(shù)為 4100 個(gè)。把單分子層和水相距離控制于在 0.2nm以內(nèi)。向泡沫液膜里隨機(jī)添加與表面活性劑極性基團(tuán)電量相等的 Na+使體系電負(fù)性為0，然后在表面活性劑層加入表面改性的 SiO2 納米顆粒。使體系模型沿 Z 軸方向擴(kuò)展以減小周期性邊界對(duì)體系的影響。構(gòu)建的模型如圖 3-2 所示。圖 3-2 模型結(jié)構(gòu)示意圖模擬使用的軟件為 Materials Studio 5.0。選用的力場為 COMPASS 力場 [21]，使用Smart Minimizer 方法來進(jìn)行體系的幾何優(yōu)化，采用 NVT 系綜限制 MD 計(jì)算，用Andersen 控溫方法 [22]控制其溫度為 298K，采用 Ewald 方法 [23]計(jì)算其長程靜電的相互作用，采用 atom base 方法來計(jì)算分子間相互作用。3.2 納米 SiO2 的疏水化修飾及表征3.2.1 納米 SiO2 的疏水化修飾基于納米級(jí) SiO2 的表面改性是指對(duì)它的羥基部位進(jìn)行修飾，使其由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?。在?jīng)過多種不同的修飾方法嘗試修飾二氧化硅納米顆粒之后，最終得到一種第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究19有效的修飾方法。首先將一定量的無水乙醇加入燒杯中（實(shí)驗(yàn)過程中，每次修飾加入約 80ml 的無水乙醇），然后再向燒杯中添入一定量的正辛基三乙氧基硅烷作為修飾劑，隨后將燒杯放置于有溫控的磁力攪拌器上攪拌約 2h，使正辛基三乙氧基硅烷同無水乙醇充分混合并促進(jìn)正辛基三乙氧基硅烷的醇解作用，其中反應(yīng)溫度設(shè)定為 60℃；再將一定量的 SiO2 加入燒杯中，將燒杯置于超聲分散機(jī)之中超聲分散 5min，使納米粒子能夠完全分散，然后繼續(xù)把燒杯放置于控溫的磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌約 2h，將樣品放入到離心機(jī)當(dāng)中離心 3min，最后將離心管取出后，放置于 60℃的真空干燥箱里干燥12h，乙醇完全揮發(fā)后即可得到具有疏水性能的納米 SiO2。1g SiO 2 加入 0.5~1g 修飾劑，根據(jù)修飾劑的密度計(jì)算得到每修飾 2g SiO2 可以向其中加入 2ml 正辛基三乙氧基硅烷。3.2.1 疏水化納米 SiO2 的表征由于分子吸收的入射光會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)波動(dòng)，繼而產(chǎn)生紅外光譜。有機(jī)物分子中，化學(xué)鍵以及官能團(tuán)中的原子一直處于振動(dòng)的狀態(tài)下，其震動(dòng)的頻率和發(fā)射的紅外光頻率是相同的。因此，當(dāng)外界通過紅外光來照射這部分有機(jī)物分子時(shí)，其分子中的化學(xué)鍵以及官能團(tuán)將會(huì)發(fā)生共振從而致使頻率被吸收。由于化學(xué)鍵及官能團(tuán)的不同會(huì)導(dǎo)致其對(duì)紅外線的吸收頻率有所差異，因此會(huì)在紅外光譜中表現(xiàn)相異的位置。所以，不同的物質(zhì)有不同的具有其各自特征的紅外光譜。從干燥箱中取出疏水修飾的SiO2 之后，用刮刀將其粉碎并裝到玻璃瓶中以備使用。經(jīng)過表征得到的紅外光譜圖如圖 3-3 所示?？梢娫?2940 左右出現(xiàn)了甲基和亞甲基振動(dòng)峰，說明 SiO2 已疏水化 修飾成功。第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究204030201020.4.60.81. Transmitce(%)Wavenumbrs(c-)圖 3-3 疏水修飾的 SiO2 紅外光譜圖3.3 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響探索實(shí)驗(yàn)中分別選取三種表面活性劑的不同濃度加入不同濃度的疏水修飾的 SiO2 粉末用來考察 SiO2 濃度因素對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響情況，然后與單一表面活性劑的操作相同，通入 5min 氮?dú)庵笥涗浧渑菽w積與半衰期。選取三種活性劑濃度分別為：發(fā)泡效果較差的濃度、臨界膠束濃度以及半衰期已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定的濃度，基于此，SDS 選取的濃度分別為 0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%；CTAB 選取的濃度分別為0.3wt%、0.6wt%、1.5wt% ；C 12E5 選取的濃度分別為 0.5wt%、0.9wt%、1.5wt%。SiO 2粉末的濃度分別為0.1wt%、0.15wt%、0.2wt% 、0.25wt% 、0.3wt%、 0.35wt%、0.4wt% 。3.4 結(jié)果與討論3.4.1 改性 SiO2 對(duì)低濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)中得到的圖像如圖 3-4 到 3-6 所示：第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究210.10.20.30.45105205 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-4 0.2wt%濃度 SDS 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系0.10.20.30.4510520 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-5 0.3wt%濃度 CTAB 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究220.10.20.30.461282430 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-6 0.5wt%濃度 C12E5 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系根據(jù)以上圖像可見，三張圖呈現(xiàn)一致的趨勢，在該濃度下，泡沫的半衰期將會(huì)隨著 SiO2 納米顆粒濃度的增加而逐漸減小。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋涸诖藯l件下，表面活性劑濃度低，說明分布在氣-液界面上分子的數(shù)目較少，加入 SiO2 粉末之后界面上并沒有足夠的活性劑分子與之協(xié)同，SiO 2 在溶液中發(fā)生團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)中也可以發(fā)現(xiàn) SiO2 粉末以不溶的狀態(tài)沉積在量筒底部，即使使用超聲將其分散，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是如此。因此，泡沫穩(wěn)定性并不隨加入 SiO2 粉末的量的增多而增強(qiáng)，反而，SiO 2 納米顆粒還會(huì)吸附部分氣液界面表面活性劑分子并將其拉入水相中，影響其穩(wěn)定泡沫效果。3.4.2 改性 SiO2 對(duì)臨界膠束濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)中得到的圖像如圖 3-7 到 3-9 所示：第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究230.10.20.30.40.525305405 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-7 0.5wt%濃度 SDS 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系0.10.20.30.4582142730 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-8 0.6wt%濃度 CTAB 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究240.10.20.30.42473036 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-9 0.9wt%濃度 C12E5 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系根據(jù)以上圖像可以看出，三張圖呈現(xiàn)相同的趨勢，即隨著 SiO2 濃度的增加，泡沫半衰器先增加后降低，即泡沫穩(wěn)定性先增強(qiáng)后減弱。此時(shí)該濃度已經(jīng)達(dá)到了臨界膠束濃度，發(fā)泡及穩(wěn)定泡沫效果已經(jīng)處于最好狀態(tài)。但是三種表面活性劑穩(wěn)定泡沫效果最佳的情況下對(duì)應(yīng)的 SiO2 濃度不相同，在本實(shí)驗(yàn)中，SDS 對(duì)應(yīng)的 SiO2 最佳濃度為 0.35 wt%， CTAB 對(duì)應(yīng)的 SiO2 濃度為 0.25 wt%，C 12E5 對(duì)應(yīng)的 SiO2 濃度為 0.3wt%。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因?yàn)椋篠iO 2 的加入與表面活性劑分子發(fā)生協(xié)同作用，SiO 2 納米顆粒包覆在氣泡周圍，使泡沫的機(jī)械強(qiáng)度增大，因此泡沫穩(wěn)定效果會(huì)變好。當(dāng) SiO2 納米顆粒增加到一定濃度時(shí)，沒有足夠的表面活性劑分子與之協(xié)同，此時(shí)的 SiO2 又會(huì)以團(tuán)聚的狀態(tài)沉積在水相中，而且會(huì)吸附部分活性劑分子到水相當(dāng)中，因此又會(huì)使形成的泡沫穩(wěn)定性降低。這三種表面活性劑在穩(wěn)定泡沫效果最佳時(shí)對(duì)應(yīng)的半衰期大小與其單一表面活性劑的最大半衰期大小一致，說明加入 SiO2 會(huì)增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定能力但是沒有改變這三種活性劑原始的穩(wěn)定泡沫能力順序。3.4.3 改性 SiO2 對(duì)高濃度表面活性劑形成的泡沫穩(wěn)定性的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)中得到的圖像如圖 3-10 到 3-12 所示：第 3 章 改性 SiO2 對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響規(guī)律的研究250.10.20.30.40.525305405 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-10 1.0wt%濃度 SDS 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系0.10.20.30.4582142730 Half-ie(min)SiO conetraion(wt%)圖 3-11 1.5wt%濃度 CTAB 下泡沫半衰期與 SiO2 濃度的關(guān)系