表面活性剂的性能测定与评价

由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体 表面倾向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引 力作功，所作的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。
在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表 面张力就会变化。若溶质使液体的表面张力升高，泽荣指在溶液相表面层的浓度 小于在溶液相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面 层的浓度大于在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相内部和溶液相表面浓度不 同的现象叫吸附。
物时，曲线中出现最低点。
吊环法
把一圆环平置于液面，测量将环拉离液面所需最大的力，由此可计算出液
体的表面张力。假设当环被向上拉起时，环就带起一些液体。当提起液体的质量
mg 与沿环液体交界处的表面张力相等时，液体质量最大。再提升则液环断开，
环脱离液面。设环拉起的液体呈圆筒形，对环的附加拉力 P 为：
P=mg=2πRγ+2π（R+2r）γ=4π（R+r）γ+4πRγ
0, 1.0101 , 1.0102 , 1.0103 , 1.0104 , 1.0105 mol / L 的 SDBS 溶液各 10ml，分别用滴管准确加入原油（或煤油）10ml，盖上试管塞子，每支试管 上下震荡 30 次。 （2）将震荡后的试管立即垂直放在试管架上，同时开始计时，并每隔 3min 记录一次试管中分出水的体积（若分出水的速度较快，可每 1min 记录一次），共 记录 30min。 （3）取乳化最稳定的直观重新震荡 30 次，用分散法判别乳状液的类型。
力与溶质浓度的关系，则可作出 -c 曲线，并在此曲线上任取若干个点作曲线
的切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的 d /dc,将此值代入公式可求出此浓度
时的溶质吸附量。 表面活性剂的临界胶束浓度是表面活性剂非常重要的性质。若使溶液的表面
扩大，需对体系作功，增加单位表面积，对体系做的可逆功称为表面张力或表面
在一定温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之 间的关系，可用吉布斯吸附等温式表示：
Γ= 式中 Γ-吸附量（mol/L）
c-吸附质在溶液内部的浓度（mol/L） -表面张力（N/m）
R-通用气体常数（） T-绝对温度（K） d /dc<0,溶质为正吸附；反之，溶质为负吸附。通过实验若能测出表面张
自由能。他们的单位分别是 N·
，在因此上是相同的。
表面活性剂在溶液中能够形成胶束时的最小浓度称为临界胶束浓度。在形成
胶束时，溶液的一系列性质都发生突变，原则上,可以用任何一个突变的性质测
定值，
但最常用的是表面张力-浓度对数图法。该法适合各种类型的表面活性剂，
准确性好，不受无机盐的影响，只是当表面活性剂中混有高表面活性的极性有机
子型表面活性剂在溶液中将以胶束的形式存在，溶解度会急剧增加，所以离子型 表面活性剂存在克拉夫特点。
非离子表面活性剂与水分子之间可以形成氢键，温度升高，分子热运动加剧， 氢键将被破坏，溶解度降低，溶液出现浑浊，所以非离子表面活性剂存浊点。
%阴离子表面活性剂溶液（渗透剂 OT），若无渗透剂 OT，可用其他磺酸盐 或硫酸酯型阴离子表面活性剂代替，但需水溶性的。
四、实验步骤
1、吊片法 用吊片法首先测定蒸馏水的表面张力，对仪器进行校正。然后从稀至浓一次
测定 SDBS 溶液，并计算表面张力，做出表面张力-浓度对数曲线，拐点处即为 CMC 值。如希望准确测定值，在拐点处增加几个测定值即可实现。 具体步骤如下： ① 将仪器放在不受震动和平稳的地方，调节仪器下面的螺丝把仪器调到水平状
得： 0mol/L:
=10；
L: =；L: =；
L: =；
；L:
=；
六、思考与讨论
1、为什么离子型表面活性剂存在克拉夫特点和非离子表面活性剂存在浊点，
在实际应用中应该如何考虑这些特点？ 答： 克拉夫特点：离子型表面活性剂在温度较低时溶解度很小，但随温度升高而
逐渐增加，当到达某特定温度时，溶解度急剧陡升，把该温度称为克拉夫特点。 克拉夫特点对应的表面活性剂的浓度为临界胶束浓度,随着温度的升高，离
二．实验原理
表面活性剂分子是由亲水性的极性基团和憎水性的的非极性基团所组成的 有机化合物，当它们一低浓度存在于某一体系中时，可被吸附在该体系的表面上， 采取极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向，从而使表面自由能明显降 低。 1、 表面活性剂类型的鉴别
不同类型的表面活性剂具有不同的性质，因此可采用不同的方法将它们鉴别 出来。离子表面活性剂可利用他们的离子反应来鉴别，非离子表面活性剂则利用 其与金属离子形成络合物的颜色来鉴别。
图 2 液管中高速旋转，呈椭球形，椭球的长轴 直径为 L，短轴直径为 D 当 L/D≥4 时，界面张力按下式计算：
2r3 IFT
4 式中： ?ρ─油水密度差，kg/m；
ω─样品管转动的角速度，rad/s； r─油滴短轴半径，m。 5、表面活性剂的乳化张力的测定 表面活性剂分子具有亲水基和亲油基，可分别在油水界面上，这些表面活性 物质可使原油乳化形成水包油（O/W）乳状液。水包油乳状液的形成与稳定对于 化学驱和稠油乳化降粘具有重要作用，例如化学驱中的乳化-携带，乳化-捕集， 自发乳化等机理的发生，稠油乳化降粘中原油乳化分散机理的发生都是以水保乳 状油液的形成为前提条件的。因此表面活性剂是提高石油采收率和原油集输中十 分重要的一类添加剂。表面活性剂的乳化能力可用不稳定系数法进行评价。 乳状液的稳定性可用不稳定系数（USI）表示，不稳定系数按下式定义：
T
USI 0 V (t)dt T
式中 USI─不稳定系数（mL）； V(t)─乳化体系分出水体积与时间的变化函数； T─乳化体系静止分离的时间。
从定义式可以看出，不稳定系数越小，乳状液的稳定性越差。
三、实验仪器与药品
1、仪器
表面张力仪、Texas-500 型旋转液滴界面张力仪、WZS-1 型阿贝折光仪、密 度瓶、温度计、25ml 具塞刻度试管、大试管、搅拌器、500ml 烧杯、150ml 烧杯、 50ml 烧杯、15ml 移液管、50ml 容量瓶、100ml 量筒、滴管、试管架、秒表、电 炉、电子天平。
送入样管内，将枕头贴在样管内壁病转动，使油滴粘在试管内壁，然后迅速 拔出针头，盖上样品帽。 ③测定 A·仪器达到设定的温度后，将样品管装入旋转轴内，拧紧压紧帽。 B·将观测显微镜调整到合适的位置，以利于观测。 C·按下电机开关，调整转速，选择测定软件的“数据菜单”，然后打开“数 据”菜单，点击“开始采集”，程序开始采集数据。 3、 表面活性剂乳化能力的测定 （ 1 ） 取 25ml 具 塞 刻 度 试 管 10 支 ， 分 别 加 入 浓 度 为
中国石油大学（油田化学基础实验）实验报告
班级：石工 同组者：
实验日期： 学号：1302 姓名： 教师：
成绩：
表面活性剂的性能测定及评价
一．实验目的
1、了解用指示剂和染料通过显色反应鉴别表面活性剂类型的原理和方法； 2、了解离子型表面活性剂克拉夫特点和非离子表面活性剂浊点的测定方法 及不同类型表面活性剂的性质； 3、学会一种表面活性剂的界面张力的测定原理和方法，并掌握由表面张力 计算临界胶束浓度（CMC）的原理和方法，学习 Gibbs 公式及其应用； 4、学会表面活性剂溶液与原油的油水界面张力的测定原理和方法，并掌握 超低界面张力在三次采油中的作用机理； 5、学会观察表面活性剂溶液与原油混合后的乳化现象，并掌握不稳定体系 数法评价表面活性剂的乳化能力。
五、实验数据处理
1、整理所测得的表面张力数据，绘制
曲线，根据曲线求出 CMC
值 表 1 吊环法测量表面张力实验记录表
溶液浓度 mol/L
最大拉
0
力值，mN/m
1 2 3
平均值
图 3 γ 与 logC 关系曲线
由图 3 可得，CMC 值为
。
2、整理所测得的界面张力数据，绘制界面张力随时间的变化曲线γ-t 曲线。 界面张力随时间变化曲线如下图：
离子型表面活性剂在温度较低时溶解度很小，但随温度升高而逐渐增加，当 到达某特定温度时，溶解度急剧陡升，把该温度称为临界溶解温度又称克拉夫特 点。
浊点是非离子表面活性剂的一个特性参数，其受表面活性剂的分子结构和共 存物质的影响。表面活性剂在水溶液中，当温度升到一定值时，溶液中出现浑浊， 而不完全溶解的现象，此时的温度称为浊点温度。 3、 表面活性剂的表面张力及 CMC 的测定
式中：m─拉起来的液体重量；
R─环的内半径；
r─环丝
半径。
4、表面活性剂的油水界面张力的测定
在地层温度下，表面活性剂溶液与原油的界面张力在 ~ mN· 范
围，可用旋滴法测定该体系的油水界面张力，为选择各种与原油形成低或超低界 面张力的驱油剂溶液提供基础依据。
该方法是将有地悬浮在水中，再告诉绕水平轴旋转下将有地拉成柱形，柱体 的直径和界面张力有关，在相同条件下，油柱直径越小，界面张力越低。
亚甲基蓝属阳离子型有色物，在容量分析中可作指示剂使用，当它遇阴离子 表面活性剂时，生成不溶于水而溶于氯仿的产物，使氯仿层色泽变深；如果实验 液中含有阳离子表面活性剂，由于阴阳离子表面活性剂的结合，使亚甲基蓝脱离
阴离子表面活性剂而从氯仿中重新回到水中，使氯仿色泽变浅。 2、 表面活性剂克拉夫特点和浊点
2、药品
十二烷基硫酸钠（SDS）/十二烷基苯磺酸钠（SDBS），聚氧乙烯辛基苯酚 醚-10（OP-10）,脱水原油/煤油，蒸馏水。
浓硫酸（AR）、无水硫酸钠（AR）、氯仿（CP）、渗透剂（磺酸盐或硫酸酯 型阴离子表面活性剂）；
亚甲基蓝溶液；称取亚甲基蓝，用水调匀，加入 12g 浓硫酸和 50g 无水 硫酸钠，用蒸馏水溶解并稀释至 1000ml；
浓度 0
1
2
3