Контрольная работа: Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ)
4) Заменить ПАВ на другое неионное ПАВ с более короткими полиоксиэтиленовыми цепями.
5) Повысить температуру.
6) Ввести в систему соль.
Уменьшения КПУ неионного ПАВ можно добиться введением в систему ионного ПАВ.
2. Моделирование поверхности и методы определения адсорбции
2.1 Дисперсные системы
В качестве модельных поверхностей при изучении адсорбции ПАВ обычно используют частицы латексов, причем чаще всего проводят исследования с полистирольными латексами. Реже используют другие латексы, например полиметилметакрилатные. Для этих целей латексы синтезируют в отсутствие ПАВ, а их стабильность обеспечивают наличием заряженных групп инициатора полимеризации, локализованных на концах полимерных цепей. Эти заряды сообщают латексам достаточную стабильность при невысоком содержании твердой фазы. Соблюдая определенные условия, можно получить монодисперсные латексы. Размер частиц латексов обычно лежит в интервале 0.1-0.4 мкм, что соответствует удельным поверхностям - 15-60 м2 /г. Монодисперсность и большая удельная поверхность делает латексные системы очень удобными для изучения адсорбции.
Метод изучения адсорбции в дисперсных системах состоит в большинстве случаев в добавлении ПАВ, выдерживании системы в течение определенного времени, необходимого для достижения равновесия, отделении твердой фазы и в определении концентрации ПАВ в растворе. Уменьшение концентрации ПАВ позволяет определить адсорбцию по следующему уравнению:
где С и Со - равновесная концентрация ПАВ и начальная концентрация ПАВ соответственно, V - объем раствора; т - масса твердых частиц и asp - удельная поверхность частицы. Определение концентрации ПАВ можно провести с помощью ионоселективных электродов, спектроскопии в УФ или видимой областях, измерений показателя преломления, а также титриметрией, хроматографией или измерениями поверхностного натяжения. В последнем случае не обязательно отделять твердую фазу, поскольку частицы не влияют на поверхностное натяжение, если они полностью смачиваются жидкостью.
Отсюда вытекает возможность титрования дисперсных систем поверхностно-активными веществами. Этот метод получил название "мыльного титрования". Точность определения изотерм адсорбции зависит от метода определения ПАВ. При использовании ионоселективных электродов точность невысока, поскольку измеряемый потенциал пропорционален логарифму концентрации ПАВ, и небольшие изменения потенциала соответствуют большим изменениям поверхностной концентрации ПАВ.
Используются также проточные системы, которые действуют на принципе замены дисперсионной среды. Дисперсная система помещается в проточную ячейку, снабженную фильтром, препятствующим выходу дисперсной фазы из ячейки, и мешалкой.
Раствор ПАВ медленно пропускается через ячейку, и на выходе из нее измеряется концентрация ПАВ. Схематически такая ячейка представлена на рис.2. На рис.3, а и б показаны соответственно концентрационный профиль ПАВ и изотерма адсорбции. Существенными параметрами в этом методе являются скорость протекания раствора через ячейку и скорость перемешивания.
Слишком большая скорость перемешивания может приводить к коагуляции, а слишком маленькая - к закупориванию фильтра.Время нахождения ПАВ в ячейке должно быть по крайней мере порядка одного часа, чтобы была уверенность в том, что в системе достигнуто равновесие.
Изотерма адсорбции рассчитывается по массовому балансу, и для "-ой порции выполняется уравнение
где А - общая поверхность частиц, находящихся в ячейке,
Vi - объем г-й порции,
Со - концентрация ПАВ на входе в ячейку,
Ci - концентрация в i-й порции,
ф? с - концентрация ПАВ в ячейке объемом Vc .
Концентрацию в ячейке определяют из графика.
Рис.2. Схема ячейки с замещением дисперсионной среды для определения изотерм адсорбции ПАВ на поверхности суспендированных частиц
2.2 Макроскопические поверхности
В последние годы была доказана эффективность метода эллипсометрии для измерения адсорбции ПАВ из раствора на макроскопических поверхностях. Суть метода в том, что эллиптически поляризованный свет отражается от поверхности и измеряется изменение поляризации, зависящее от присутствия на поверхности адсорбционного слоя.
Таким образом количественно регистрируется адсорбция; предел детектирования 0.1 мг/м2 . Это означает, что метод пригоден и для измерений адсорбции ниже плотного монослойного покрытия поверхности адсорбатом. Кроме того, метод позволяет измерять толщину и показатель преломления адсорбционного слоя.
Метод обладает существенным преимуществом, поскольку позволяет измерять адсорбцию insitu, т.е. когда поверхность в контакте с раствором; таким образом появляется возможность изучать кинетику адсорбции.
3. Анализ адсорбции ПАВ на основе уравнения Ленгмюра
Для интерпретации адсорбции ПАВ на молекулярном уровне необходимо анализировать результаты измерений в рамках определенной теоретической модели. Параметры, получаемые при таком анализе, в дальнейшем можно использовать для сравнения адсорбционных свойств различных ПАВ и для предсказания адсорбции в новых системах. Обычно анализ адсорбции ПАВ проводят на основе уравнения Ленгмюра. Это уравнение выполняется при соблюдении следующих условий:
Рис.3. Зависимость концентрации раствора ПАВ в вытекающем из ячейки потоке от объема элюирования и соответствующая изотерма адсорбции ПАВ
1) Поверхность однородна.