实验绘制了一系列辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10) + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + C 6H 12 + 水(CaCl 2水溶液)拟三元体系相图,分别研究了醇的添加比例及CaCl 2溶液浓度对微乳区域的影响,发现在纯水的相图中,随着OP-10与正丁醇、异戊醇或正辛醇的质量比逐渐增大,拟三元体系中微乳区的相对面积先增大,后减小;当OP-10:正丁醇 = 1.5:1,OP-10:异戊醇 = 2:1,OP-10:正辛醇 = 2.5:1时,微乳区的相对面积最大。在CaCl 2水溶液相图中,三种醇微乳区相对面积总体上呈现先增大后减小的变化趋势,且添加不同醇对微乳区相对面积的影响也不同,其中微乳区面积最大时的正丁醇、异戊醇和正辛醇体系所对应的CaCl 2浓度分别为0.1 mol/L、0.5 mol/L和0.1 mol/L。该研究对于拟三元体系相图的绘制、微乳液的配制和微乳法制备纳米材料具有重要的参考价值。 A series of quasi ternary phase diagrams of alkyl phenol polyoxyethylene ether (OP-10) + alcohols (n-butanol, isopentyl alcohol or n-octanol) + n-hexane + water (calcium chloride aqueous solution) system have been drawn based on experiments. We investigated the influence of cosurfactant alcohol with different addition and CaCl 2 solution with different molar concentrations on the microemulsion region respectively. In pure water quasi-ternary phase diagram, we found that the relative area of microemulsion region in the ternary system increases at the beginning and then decreases with the mass ratios of OP-10 and cosurfactant n-butanol, isopentyl alcohol or n-octanol increase. When the OP-10:n-butanol = 1.5:1, OP-10:isopentyl alcohol = 2:1, and OP-10:n-octanol = 2.5:1, it has the largest area of microemulsion region. In general, the change tendency of microemulsion region relative areas increased at the beginning and then decreased in calcium chloride aqueous solution quasi-ternary phase diagram. The influence of relative area of microemulsion region is also different from adding different alcohols. Among them, the concentrations of CaCl 2 with the largest relative area of microemulsion region corresponding to n-butanol, isopentyl alcohol, and n-octanol are 0.1 mol/L, 0.5 mol/L and 0.1 mol/L respectively. This study has important reference value for the drawing of quasi-ternary phase diagram, preparation of microemulsion and synthesis of nanomaterials by microemulsion method.
井小莲1,孟庆络1,曾一文2*,王农1*
1兰州交通大学化学与生物工程学院,甘肃 兰州
2贺州学院材料与环境工程学院,广西 贺州
收稿日期:2020年6月2日;录用日期:2020年6月19日;发布日期:2020年6月30日
实验绘制了一系列辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10) + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + C6H12 + 水(CaCl2水溶液)拟三元体系相图,分别研究了醇的添加比例及CaCl2溶液浓度对微乳区域的影响,发现在纯水的相图中,随着OP-10与正丁醇、异戊醇或正辛醇的质量比逐渐增大,拟三元体系中微乳区的相对面积先增大,后减小;当OP-10:正丁醇 = 1.5:1,OP-10:异戊醇 = 2:1,OP-10:正辛醇 = 2.5:1时,微乳区的相对面积最大。在CaCl2水溶液相图中,三种醇微乳区相对面积总体上呈现先增大后减小的变化趋势,且添加不同醇对微乳区相对面积的影响也不同,其中微乳区面积最大时的正丁醇、异戊醇和正辛醇体系所对应的CaCl2浓度分别为0.1 mol/L、0.5 mol/L和0.1 mol/L。该研究对于拟三元体系相图的绘制、微乳液的配制和微乳法制备纳米材料具有重要的参考价值。
关键词 :OP-10,拟三元体系相图,微乳区,相对面积
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微乳液是分散相珠直径在10~100 nm、透明的、热力学稳定的分散体系。微乳液的概念是Schulman和Hoar [
运用相图来分析影响微乳体系的诸多因素是目前常用有效的方法之一。Nedjhioui等 [
本文采用相变点观察法绘制了OP-10 + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + C6H12 + 水(或CaCl2水溶液)拟三元微乳液体系相图,系统研究了正丁醇、异戊醇和正辛醇的添加比例和CaCl2水溶液的浓度对微乳区域大小的影响;并且研究了三种不同的醇类助表面活性剂参与下的微乳体系的相图和相变化规律,该研究为设计并确定微乳体系配方提供了理论依据 [
辛烷基酚聚氧乙烯醚(C34H62O11)非离子表面活性剂,简称(OP-10);正丁醇(n-C4H9OH),异戊醇(n-C5H11OH),正辛醇(n-C8H17OH),助表面活性剂;环己烷(n-C6H12),油相;无水碳酸钠,AR;无水氯化钙,AR;二水氯化钡,AR;二次蒸馏水。
日本电子光学公司JSM-6701F冷场发射型扫描电镜(SEM),分辨率:1.0 nm (150 v),2.2 nm (kv);宁波天恒仪器厂SC-15数控超级恒温槽。
称取OP-10分别与正丁醇,异戊醇,正辛醇按质量比1:1,1.5:1,2:1,2.5:1,3:1混合,该混合物被视为单一组分,然后与环己烷按不同的质量比(分别为0:10,1:9,2:8,3:7,4:6,5:5,6:4,7:3,8:2,9:1,10:0)配成一个系列的拟二组分体系。每个样品的总质量约10克,置于50 mL的磨口锥形瓶中,并在25 ± 1℃的恒温槽中恒温。然后采用水稀释法向每个样品中逐渐滴加第三个组分,缓慢滴加蒸馏水或不同浓度的氯化钙水溶液,搅拌后静置,确定体系达到平衡,通过目视观察体系的相转变点,初步确定相界限;当体系由澄清变混浊时为微乳相消失点(此微乳液体系中不涉及由混浊变澄清的相形成点),根据记录下微乳相消失点所加入的水或氯化钙水溶液的量,换算出相变点的OP-10 + 正丁醇/异戊醇/正辛醇 + 环己烷 + 水(CaCl2水溶液)的质量分数,使用Origin软件绘制出拟三元体系相图,其中,三角形3个边的坐标分别为OP-10 + 正丁醇/异戊醇/正辛醇的混合物与水(或CaCl2水溶液)的质量分数,OP-10 + 正丁醇/异戊醇/正辛醇的混合物与环己烷的质量分数,环己烷与水(或CaCl2水溶液)的质量分数,相图中区域,I为微乳区,II为非微乳区。并使用image-pro plus软件计算出相图中微乳区域的相对面积。
取实验所需的蒸馏水浓度为0 mol/L,分别测定了25℃ ± 1℃时OP-10与醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇)质量比为1:1,1.5:1,2:1,2.5:1,3:1时OP-10 + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + 环己烷 + 蒸馏水四个体系的拟三元体系微乳区域的相消失点,实验结果见图1~3,并绘制了拟三元体系微乳区域相图(图1~3),并根据绘制的拟三元体系微乳区域相图计算出不同OP-10与醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇)质量比的拟三元体系I相微乳区域的相对面积(图4)。
从图4中我们可以看出随着OP-10与醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇)比例的变化,微乳区域的相对面积有着显著地变化,即随着OP-10与醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇)比例的逐渐增大,微乳区的相对面积先增大后减小。在纯水的相图中,当OP-10:正丁醇 = 1.5:1时,微乳区的相对面积最大;当OP-10:异戊醇 = 2:1时,微乳区的面积最大;而当OP-10:正辛醇 = 2.5:1时微乳区的相对面积最大。通常认为,醇在参与胶束的形成时能够改变表面活性剂的表面活性及亲水亲油平衡性,调整水和油的极性 [
图1. 不同OP-10/正丁醇质量比的拟三元体系微乳区域相图。(a) 1:1;(b) 1.5:1;(c) 2:1;(d) 2.5:1;(e) 3:1
图2. 不同OP-10/异戊醇质量比的拟三元体系微乳区域相图。(a) 1:1;(b) 1.5:1;(c) 2:1;(d) 2.5:1;(e) 3:1
图3. 不同OP-10/正辛醇质量比的拟三元体系微乳区域相图。(a) 1:1;(b) 1.5:1;(c) 2:1;(d) 2.5:1;(e) 3:1
图4. 不同OP-10/正丁醇/异戊醇/正辛醇质量比的拟三元体系相图微乳区域的相对面积(纯水)
验中,助表面活性剂醇的作用是参与协助表面活性剂分子在油水界面膜的分配和排列,从而改变体系的界面性质。醇的加入软化了油水界面膜 [
分别确定OP-10/正丁醇质量比为1.5:1,OP-10/异戊醇的质量比为2:1,OP-10/正辛醇的质量比为2.5:1,分别测定了25℃ ± 1℃时CaCl2浓度分别为0.1 mol/L,0.5 mol/L,1 mol/L,2 mol/L,4 mol/L的OP-10 + 正丁醇 + 环己烷 + CaCl2水溶液,OP-10 + 异戊醇 + 环己烷 + CaCl2水溶液,OP-10 + 正辛醇 + 环己烷 + CaCl2水溶液六个体系的拟三元体系的微乳区域的消失点,实验结果见图4,并绘制了拟三元体系微乳区域相图(图5~7),计算了不同CaCl2浓度的拟三元体系I相微乳区域的相对面积(图8)。
图5. 不同氯化钙摩尔浓度的拟三元体系微乳区域相图(正丁醇)。(a) 0.1 mol/L;(b) 0.5 mol/L;(c) 1.0 mol/L;(d) 2.0 mol/L;(e) 4.0 mol/L
图6. 不同氯化钙摩尔浓度的拟三元体系微乳区域相图(异戊醇)。(a) 0.1 mol/L;(b) 0.5 mol/L;(c) 1.0 mol/L;(d) 2.0 mol/L;(e) 4.0 mol/L
由图8可以看出,在OP-10 + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + C6H12 + CaCl2水溶液拟三元体系相图中,当助表面活性剂为正丁醇和正辛醇时,CaCl2浓度为0.1 mol/L时微乳区面积最大;当助表面活性剂为异戊醇时,CaCl2浓度为0.5 mol/L时微乳区面积最大。不同浓度的盐溶液中,微乳区面积呈现出先增大后减小的趋势。这是因为钙离子具有很强的亲水性,少量Ca2+发生水化作用时,能够使得水核内容纳更多的水分子,增溶水的能力增强,形成的微乳区域面积变大;当Ca2+浓度继续增大到一定程度后,Ca2+会同表面活性剂OP-10竞争结合水,使得部分OP-10亲水基周围的水分子脱落,失去表面活性,浊点也相应降低,导致微乳液增溶水的能力下降,形成区域变窄,水核半径也相应减小。
图7. 不同氯化钙摩尔浓度的拟三元体系微乳区域相图(正辛醇)。(a) 0.1 mol/L;(b) 0.5 mol/L;(c) 1.0 mol/L;(d) 2.0 mol/L;(e) 4.0 mol/L
图8. 不同OP-10/正丁醇/异戊醇/正辛醇质量比的拟三元体系相图微乳区域的相对面积(CaCl2水溶液)
实验绘制了一系列辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10) + 醇(正丁醇、异戊醇或正辛醇) + C6H12 + 水(或CaCl2水溶液)拟三元体系相图,分别研究了正丁醇、异戊醇或正辛醇的添加比例和CaCl2水溶液的浓度对微乳区域的影响,随着OP-10与正丁醇、异戊醇或正辛醇的质量比逐渐增大,拟三元体系中微乳区的相对面积先增大,后减小;当OP-10:正丁醇 = 1.5:1,OP-10:异戊醇 = 2:1,OP-10:正辛醇 = 2.5:1时,微乳区的相对面积最大。在CaCl2水溶液相图中,三种醇微乳区相对面积总体上呈现先增大后减小的变化趋势,且添加不同醇对微乳区相对面积的影响也不同,其中微乳区面积最大时的正丁醇、异戊醇和正辛醇体系所对应的CaCl2浓度分别为0.1 mol/L、0.5 mol/L和0.1 mol/L。
井小莲,孟庆络,曾一文,王 农. OP-10拟三元体系微乳区域相图研究Study on the Quasi-Ternary Phase Diagram of OP-10 Microemulsion Region[J]. 材料化学前沿, 2020, 08(03): 43-54. https://doi.org/10.12677/AMC.2020.83006