DTAB微乳液体系溶水性能研究.pdf

4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s I l - 1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 l 。0 1 3 D T A B 微乳液体系溶水性能研究 周军 业 二新哲，宋永辉，邢相栋，吴雷 西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西省冶金工程技术研究中心，西安7 1 0 0 5 5 摘要研究了阳离子表面活性剂D T A B 与不同助表面活性剂、油相形成的微乳液体系的溶水能力，并考 察温度、p H 对微乳液体系稳定性的影响。分别绘制了不同体系的拟三元相图。结果表明当D T A B 与 正丁醇质量比为1 3 ；7 ， D T A B 正丁醇 与环己烷质量比为3 ；1 时，D T A B ／正丁醇／环己烷／水微乳液 体系具有较大的稳定区域，其最大溶水量在5 0 ％左右。该微乳液体系在温度低于8 0 ℃时，稳定区域受 温度影响较小；p H 对该体系稳定性影响不大。 关键词D T A B 微乳液；溶水量；拟三元相图 中图分类号T F l 2 5文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 l 0 0 4 6 一0 4 S t u d yo nW a t e rS o l u b i l i t yo fD T A BM i c r o e m u l s i o nS y s t e m Z H o UJ u n ，L A NX i n z h e ，S o N G s c h o o lo fM e t a l l ur g i c a IE n g i n e e r i n g ，X i ’ S h a a n x iP r o “n c eM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n ga n d Y o n g h u i ，X I N GX i a n g d o n g ，W UL e i a nU n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y ， T e c h n o l o g yR e 5 e a r c hC e n t r e ，X i ’a n7 1 0 0 5 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h ew a t e rs o l u b i l i t yo fm i c r o e m u l s i o ns y s t e mc o m p o s e do fD T A B ，d i f f e r e n tc o s u r f a c t a n ta n do i l w a si n v e s t i g a t e d ．T h ee f f e c to ft e m p e r a t u r e ，p Hv a l u eo nt h es t a b i l i t yo ft h es y s t e m sw a ss t u d i e d ．T h e p s e u d o t e r n a r yp h a s ed i a g r a m si nq u a t e r n a r ym i c r o e m u l s i o ns y s t e m so fD T A Bw e r em e a s u r e d ．T h er e s u l t s s h o wt h a tw h e nt h em a s sr a t i oo fD T A Bt on - b u t y la l c o h o li s13 7 ，a n dt h em a s sr a t i oo fb o t hD T A Ba n d n _ b u t y la l c o h o lt oc y c l o h e x a n ei s3 1 ，t h em a x i m u mw a t e rs o l u b i l i z i n gc a p a c i t yi nD T A B ／n - b u t y la l c o h o l ／ c y c l o h e x a n e ／w a t e rs y s t e mi s5 0 ％．T h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eb e l o w8 0 ℃a n dp Hv a l u eo nt h es t a b i l i t y o ft h i ss y s t e ma r en e g l i g i b l e ． K e yw o r d s D T A Bm i c r o e m u l s i o n ；w a t e rs o l u b i l i z i n gc a p a c i t y ；p s e u d o t e r n a r yp h a s ed i a g r a m s 微乳液具有高的稳定性，很大的增溶量，能形成 超低界面张力，有着广泛的应用前景[ 1 ‘2 ] 。微乳液法 制备纳米微粒是近年发展起来的新方法。与其它化 学制备方法相比，以微乳液作为“纳米反应器”可以 获得粒径小、分布窄的纳米微粒，且可原位实现对纳 米粒子的表面改性，具有极其广阔的应用前景[ 3 ] 。 但是不同微乳液体系的稳定组成范围不同，因此任 一体系在用于制备纳米粒子前都需对其稳定性进行 研究，对于一个可用来制备纳米材料的优良微乳液 体系，要求具有稳定范围宽，对温度、p H 变化不敏 感等特点‘} 引。本文主要对以D T A B 为表面活性剂 构成的不同微乳液体系进行稳定性研究，为采用微 乳液法制备纳米二硫化钼工艺提供技术参数。 1 试验部分 1 ．1 试剂与仪器 D T A B 为表面活性剂；正己醇、正丁醇、异戊醇 为助表面活性剂；甲苯、二甲苯、正庚烷、正己烷、环 己烷为油相。上述试剂均为分析纯。二次去离子 水。 基金项目西安市科技计划项目 c x Y l 0 2 0 [ 5 ] ；西安建筑科技大学青年基金项目 Q N 0 6 1 3 作者简介周军 1 9 7 7 一 ．男。陕西宝鸡人．翻教授。博士研究生． 万方数据 2 0 1 2 年1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 7 H H L 恒温磁力搅拌器，A L C _ 2 1 0 ．4 电子天平， H H 一4 恒温水浴锅，滴定管，若干玻璃仪器。 1 ．2 试验方法 1 ．2 ．1 微乳液组成确定 常温下，将D T A B 和不同助表面活性剂分别按 1 9 、2 t 8 、3 l 7 、⋯、1 0 1 的比例均匀混合，然后 慢慢滴入二次去离子水，观察溶液由混浊变澄清，再 由澄清变混浊，记录此两点间滴加的水量，绘制三元 相图，即用目测法观察微乳液的稳定区域，确定 D T A B 与不同助表面活性剂的最佳质量配比。然 后将此配比下的混合溶液分别与不同油相混合均 匀，采用稀释法滴加二次去离子水，确定相变点，绘 制拟三元相图 图中S 和A s 分别表示表面活性剂 D T A B 和醇类助表面活性剂 。通过分析相图，最 终确定出助表面活性剂、最佳配比及适宜油相，即较 优的D T A B 微乳液体系组成。 1 ．2 ．2 微乳液稳定性 将D T A B 与助表面活性剂按选定的最佳质量 配比组成的混合液与适宜油相按比例混合均匀，放 置在恒温水浴锅中。分别改变体系温度用水滴定， 和用盐酸调节体系p H 后用水滴定，通过观测体系 的混浊度及黏度的转变来判断相变点。根据试验数 据绘制拟三元相图，分析温度、p H 对D T A B 微乳液 体系稳定区域的影响。 2 结果与讨论 2 ．1 D T A B 与各助表面活性剂最佳配比的确定 选择阳离子表面活性剂D T A B 与不同醇类按 比例相互溶解，滴定得到的溶水量曲线如图1 ～3 所 示。每个体系取1 0 个组分配比点，如不能形成透明 状溶液，则以虚线代替。由图1 ～3 可知，当D T A B 和正己醇、正丁醇、异戊醇的质量比分别为3 2 、 1 3 7 、1 s 1 时，各微乳液体系对水有最大的增容 量。 2 ．2 油相的选择与影响 将2 ．1 确定的D T A B 和各助表面活性剂的最 佳配比混合液分别与甲苯、二甲苯、环己烷、正庚烷、 正己烷等不同油相按不同质量比混合，用水滴定法 确定各体系相变点。各比例下的W ／0 微乳液稳定 相区的拟三元相图如图4 ～6 所示。 由图4 可知，当助表面活性剂为正已醇时， D T A B 微乳液稳定区域变化较大。以D T A B ／正己 醇／正己烷／水体系的W ／o 微乳液相图的稳定区域 较好。由图5 可知，当助表面活性剂为正丁醇时，微 水 图l常温下D T A B ／正己醇／水体系相图 F 唔lP h a 辩m a g 例mo fD 咀墟／I 卜h 饯肌o I ／H r a t 盯 s y s t e ma tr ∞mt e m p e r a t u r e 图2常温下D T A B ／正丁醇／水体系相图 F 嘻2P h a 靶m a g m mo f 咖／I 卜b u t a I l o I ／w a 毛盯 s y s t e ma tm o mt e m p e r a t u 代 乳液的稳定区域由大到小依次是环己烷、甲苯、正 己烷、二甲苯、正庚烷。由图6 可知，当助表面活性 剂为异戊醇时，微乳液的稳定区域变化不是很大，但 相比较而言，正庚烷的稳定区域相对较好。在无机 纳米材料的微乳液合成中，为确保整个反应都在微 乳液体系中进行，微乳液区域的面积越大越好，最好 在高溶水点附近。从图4 至图6 可以看出，D T A B ／ 正丁醇／环己烷／水微乳液体系的溶水区域略大于其 他微乳液体系，其最大溶水量在5 0 ％左右，对应的 D T A B 正丁醇 与环己烷质量比约为3 t 1 。因 此，后续主要对D T A B ／正丁醇／环己烷／水体系进行 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 期 ／ 穴 o ．2 5 ／ 7 ．．一 ，’、、、 7 、、j q 蕊1 ， ‘、， 筋≤溆 1 ． m A s 图3 常温下D T A B ／异戊醇／水体系相图 F i g ．3 P h a s ed i a g r a mo fD T A B ／i s o a m y l a I c o h o l ／w a t e rs y s t e ma tr o o mt e m p e r a t u 他 O ．0 0 水 图4D T A B ／正己醇／不同的油相／水 体系的w ／o 微乳液相图 n 晷4P s e u 船t e r 咖r yp h a 辨m 驾r a m o fD r E 蛆／驴 h e x a n o l ／d i f f e r e n to i l ／w a t e rm i c r o e m u I s i o n 温度和p H 的影响研究。 2 ．3温度对D T A B 微乳液稳定区域的影响 将 D T A B 正丁醇 与环己烷质量比约为3 1 的混合乳状液放置在恒温水浴锅中用水进行滴定， 改变水浴锅的温度，根据所得结果绘制的拟三元相 图如图7 所示。 由图7 可以看出，低于8 0 ℃时，温度对 D T A B ／正丁醇／环己烷／水体系有较小的影响，不同 温度下的微乳液最大溶水量相近，即w ／o 微乳液 体系稳定区域受温度变化影响较小。表明体系在此 温度范围内有很好的热稳定性。这可能是因为对 图5D T A B ／正丁醇／不同的油相／水 体系的W ／o 微乳液相图 F i g ．5P s e u d o _ t e m a r yp h 嬲ed i a g r a mo fD T A B ／n - b u t a n o l ／d i f f e r e n to i l ／w a t e rm i c r 眦m u l s i o n 图6D T A B ／异戊醇／不同的油相／水 体系的w ／o 微乳液相图 n 昏6P s e l d o - 蛔m a r yp h a 辨d i a g 瞪mo fD 忸蛆／ i 鲫咀l y la 1 0 0 I I o I ／d i 仃h 即to i l ／吼t e rm i c m 哪l l l s i 叩 于离子型表面活性剂，当温度升高时，一方面使表面 活性剂在界面上的面积扩大，极性头基间的静电排 斥力减小，表面活性剂亲水基之间的内聚能增大；另 一方面使反离子束缚系数减小，使得表面活性剂与 水相相互作用有所增加。所以，双重作用的结果使 得体系对温度的变化不敏感。 2 ．4p H 对D T A B 微乳液稳定区域的影响 将 D T A B 正丁醇 与环己烷质量比约为3 1 的混合乳状液用盐酸调节去离子水的p H 分别进行 滴定，不同p H 下的拟三元相图如图8 所示。 万方数据 2 0 1 2 年1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 9 图7D T A B ／正丁醇／环己烷／水体系在 不同温度下的微乳液相图 F 唔7P s e l H 玉驴t e l m a r yp l l a 辩d i a g 忍m o fD 咖／I 卜b u t a I l o l ／叫0 I l e 髓r 吖w a t e r1 1 1 i Ⅲ舢硼J s i 帆 a tm f f 相l t 钯m p e 憎嘶 图8D T A B ／正丁醇／环己烷／水体系在 不同p H 下的微乳液相图 F i 孚8P s e I l d b 蛔m a r yp l l a 酏m a g 陀m o fD 吸Ⅷ／巾b u t a I l o l ／c ”l o | - 酬Ⅷ岫。咖c m e 删心帅 a tm f f b 啾l tp HV a l 啦 从图8 可以看出，p H 对D T A B ／正丁醇／环己 烷／水体系稳定区域影响较小。体系中虽然加入电 解质，溶液的离子强度增大。微乳液液滴的双电层受 到压缩，减少了水的穿透，但同时促使微乳液液滴发 生聚集和絮凝，故p H 对D T A B ／正丁醇／环己烷／水 体系稳定区域的影响不大。 3结论 1 当阳离子表面活性剂D T A B 分别与正己醇、 正丁醇、异戊醇按质量比3 。2 、1 3 。7 、1 ；1 配成乳 状液时，各体系对水有最大的增容量。 2 将D T A B 分别与正己醇、正丁醇、异戊醇按 质量比为3 ；2 、1 3 z 7 、1 1 配成乳状液，再分别与 甲苯、二甲苯，环己烷、正己烷、正庚烷为油相混合均 匀，在组成的1 5 种不同微乳液体系中，D T A B ／正丁 醇／环己烷／水微乳液体系具有较大的稳定区域，其 最大溶水量5 0 ％左右，对应的 D T A B 正丁醇 与 环己烷质量比约3 1 。 3 D T A B ／正丁醇／环己烷／水微乳液体系在温 度低于8 0 ℃时，稳定区域受温度变化影响较小；p H 对该体系稳定性影响不大。 参考文献 [ 1 ] 翟江．微乳液简介[ J ] ．潍坊教育学院学报，2 0 0 6 ，1 9 3 4 4 4 5 ． [ 2 ] J i a n m i n gw u ，H o n gY a n a ，x u e h uz h a n g ，e ta 1 ．M a g n e s i u mh y d r o x i d en a n o p a r t i c l e ss y n t h e s i z e di nw a t e r i n o i l m i c r o e m u l s i o n s [ J ] ．J o u r n a lo fc o l l o i da n dI n t e r f a c es c i e n c e ．2 0 0 8 ，1 1 1 5 ． [ 3 ] Y A NJ i n g h u i ，L Iz h o n g t i a n ，w A N GL i n k u n ，e ta 1 ． P r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fB a L i F 3 l E r 3 n a n 0 一 p a r t i c l e st h eh y d r o t h e r m a lm i c r o e m u l s i o ns y n t h e s i z e d m e t h o d [ J ] ．J o u r n a lo fR a r eE a r t h s ，2 0 0 8 ，2 6 4 8 5 0 ． [ 4 ] F “b e r gE ，A i k e n sPA ．Ap h a s ed i a g r a ma p p r o a c ht o d e t e r m i n et h ec o m p o s i t i o no fv a p o rf r o mam i c r o e m u 卜 s i o nb a s e [ J ] ．C o l l o i d sa n ds u r f a c e sA P h y s i c o c h e m i c a l a n dE n g i n e e r i n gA s p e c t s ，2 0 0 8 ，3 2 4 9 3 9 7 ． [ 5 ] G u o g e nL i u ，L e is h a o ，F e iG e ．e ta 1 ．P r e p a r a t i o no fu 卜 t r a f i n ec h i t o s a np a r t i c l e sb yr e v e r s em i c r o e m u l s i o n [ J ] ． C h i n aP a r t i c u o l o g y ，2 0 0 7 ，5 3 8 4 ’3 9 0 ． [ 6 ] T r i l o c h a nM i s h r a ．A n i o ns u p p o r t e dT i 0 2 ／z r 0 2n a n o m a - t e “a 1s y n t h e s i z e db yr e v e r s em i c r o e m u l s i o nt e c h n i q u ea s a ne f f i c i e n tc a t a l y s tf o rs 0 1 v e n tf r e en i t r a t i o no fh a l o b e n z e n e [ J ] ．C a t a l y s i sc o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 8 。9 1 2 1 2 6 ． [ 7 ] 周军，兰新哲，张秋利。等．微乳液法制备纳米二硫化钼 酸沉过程研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ．2 0 1 1 8 ；4 7 5 】． 万方数据