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?jǐn)?shù)相同的NaCl作對比，考察NaCl對正壬烷/水界面張力的影響，實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)為0.3%的HABS溶液（NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?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?jǐn)?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?jǐn)?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(shí)驗(yàn)中所用到的HABS是油田普遍使用的強(qiáng)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(jìn)行，中和反應(yīng)結(jié)束后雖然表觀上體系顯堿性，其實(shí)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(qiáng)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(jì)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(jī)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(dá)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(dá)到超低。