2.3 NaOH對界面張力和HABS的cmc的影響

NaOH加入到HABS體系中相當(dāng)于加入了電解質(zhì)，因此，體系中的NaOH除了發(fā)揮堿的作用以外還具有普通電解質(zhì)的作用。為了考察NaOH的電解質(zhì)作用，采用與NaOH質(zhì)量分數(shù)相同的NaCl作對比，考察NaCl對正壬烷/水界面張力的影響，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 電解質(zhì)用量對油/水界面張力的影響

由圖2可以看出，隨著NaOH和NaCl質(zhì)量分數(shù)的增大，界面張力逐漸降低，說明NaCl與NaOH的作用類似，作為電解質(zhì)可以使表面活性劑在界面上排列得更加緊密，有利于降低界面張力。從圖2中還可以看出，含有NaOH的HABS體系比含NaCl的體系的界面張力降低幅度更大，說明NaOH更有利于界面張力的降低。

實驗測定了HABS溶液的cmc，結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著HABS質(zhì)量濃度的增加，表面張力先大幅降低后逐漸趨于平衡，由表面張力儀算出的HABS的cmc為0.984 g·L-1（質(zhì)量分數(shù)為0.3%的HABS溶液的質(zhì)量濃度為3.054 g·L-1）。此外，用去離子水配制不同NaOH含量的質(zhì)量分數(shù)為0.3%的HABS溶液（NaOH的質(zhì)量分數(shù)分別為0.3%、0.6%和0.8%），此3種溶液的cmc分別為0.804、0.556和0.440 g·L-1，因此可知，隨著NaOH的質(zhì)量分數(shù)的增加，HABS溶液的cmc逐漸下降。

圖3 HABS的表面張力與質(zhì)量濃度的關(guān)系曲線

2.4 NaOH對HABS膠束的影響

以去離子水配制不同NaOH含量的質(zhì)量分數(shù)為0.3%的HABS溶液，利用動態(tài)光散射技術(shù)考察NaOH對HABS溶液膠束大小的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 NaOH用量對膠束粒徑的影響

由圖4可知，在不加NaOH時膠束的平均粒徑分布為（12.3±1.2）nm，當(dāng)NaOH質(zhì)量分數(shù)分別是0.3%、0.6%和0.8%時，膠束的平均粒徑分別是（10.2±1.0）、（4.6±0.5）和（2.1±0.4）nm。增加NaOH的用量，膠束粒徑逐漸變小，主要原因是實驗中所用到的HABS是油田普遍使用的強堿型磺酸鹽類表面活性劑，對于磺酸鹽類表面活性劑的生產(chǎn)而言，中和磺酸的過程很重要，磺酸中和過程中，反應(yīng)體系的黏度隨NaOH的加入逐漸增大，阻礙了中和反應(yīng)的順利進行，中和反應(yīng)結(jié)束后雖然表觀上體系顯堿性，其實黏性體系中還包裹著部分未參與反應(yīng)的磺酸。磺酸雖也屬于強酸，但它卻不能完全電離，磺酸的電離平衡常數(shù)是0.2，通過計算得到電離過程中只有35.8%的磺酸能夠完全電離。

加入NaOH之前，由于HABS質(zhì)量濃度高于其cmc，在溶液中形成了大量的膠束，為了降低能量，未電離的且水溶性很差的重烷基苯磺酸（RArSO3H）插入到膠束（RArSO3-）中，形成了類似混合膠束的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)有利于RArSO3H壓縮RArSO3-的雙電層，降低相鄰RArSO3-間的靜電斥力，并且水溶性很差的RArSO3H也會部分增溶到混合膠束中，使膠束發(fā)生溶脹作用，于是就生成了比單一RArSO3-形成的膠束在聚集數(shù)和尺寸上都要大一些的混合膠束體系。HABS體系中加入NaOH后，發(fā)生如下反應(yīng)：

RArSO3H + NaOH → RArSO3- + H2O + Na+

原來參與形成混合膠束以及增溶到混合膠束內(nèi)的RArSO3H轉(zhuǎn)化為水溶性較好的RArSO3-，于是由RArSO3H轉(zhuǎn)化而成的RArSO3-從混合膠束中釋放出來，膠束由混合膠束恢復(fù)了原貌，在表觀上體現(xiàn)出尺寸變小，此時溶液中RArSO3-單體的數(shù)量增多，更多的RArSO3-有機會遷移到油/水界面，而重烷基苯磺酸鈉只有其電離產(chǎn)生的重烷基苯磺酸根才能起到降低界面張力的作用，界面上吸附了更多的表面活性劑，油/水界面張力也就隨之下降得更多。

3 結(jié)論

研究了NaOH對重烷基苯磺酸鈉水溶液/油體系界面張力的影響。結(jié)果表明，NaOH可使重烷基苯磺酸鈉水溶液與無酸油相正壬烷間的界面張力達到超低；NaOH發(fā)揮了電解質(zhì)的作用，可以使表面活性劑在界面上排列得更加緊密，有利于界面張力的降低；動態(tài)光散射測試結(jié)果表明隨著NaOH用量的增大膠束的平均粒徑逐漸變小，說明NaOH的加入會使膠束在不同程度上被破壞，參與形成混合膠束以及增溶到混合膠束內(nèi)的重烷基苯磺酸轉(zhuǎn)化為水溶性較好的重烷基苯磺酸根，溶液中表面活性劑單體數(shù)量增多，從而使油/水界面張力達到超低。