表面活性剂对溶液表面张力影响的实验研究

表面活性剂对溶液表面张力影响的实验研究

目录

1 绪论........................................................................错误!未定义书签。

1.1选题依据及背景 (2)

1.2 泡沫研究的进展 (5)

1.3 泡沫的应用 (7)

1.3.1 泡沫在日化食品中的应用 (7)

1.3.2 泡沫灭火 (7)

1.3.3 泡沫在油田中的应用 (7)

1.3.4 泡沫分离 (8)

2 表面张力理论基础 (12)

2.1 表面张力的定义和产生机理 ............................错误!未定义书签。

2.2 表面张力的性质.................................................错误!未定义书签。

2.3表面张力的单位和方向................................................. 错误!未定义书签。

2.4临界胶束浓度.................................................................... 错误!未定义书签。

2.5表面张力的测定方法...................................................... 错误!未定义书签。

3 实验数据记录及分析..........................................错误!未定义书签。

3.1 表面张力的测定实验.........................................错误!未定义书签。

3.２实验数据记录及分析.......................................错误!未定义书签。

3.2.1 实验数据的记录................................................................. 错误!未定义书签。

3.2.2 数据分析............................................................................. 错误!未定义书签。

4 论文总结与展望 (29)

4.1 论文总结 (29)

4.2 展望 (30)

1 绪论

1.1选题依据及背景

液态泡沫是大量气泡在微量表面活性剂溶液中密集堆积形成的、高度自组织得非平衡系统，平时我们用洗洁精刷洗盘子时，或从微小开口喷嘴向溶液中吹入气体，都能形成泡沫。泡沫表面杂乱无章，内部却具有规则的结构，同时它具有许多难以理解得奇特性质。几乎完全有气体组成，既可以像固体一样发生弹性形变，又能像液体一样流动，这都是泡沫物理学[1]研究的内容之一。

由纯净清澈的表而活性剂液体形成的泡沫从远处看呈亮白色，在近处细致观察，我们会发现紧密堆积的气泡以及内部规则结构[2]，如图1-1所小示泡沫的结构通常用湿和干来表示，在这里湿或干指的是泡沫内液体含量，通常采用体积分率ϕ表示。泡沫的形成过程及液体分率的分布见图1-1，接近于液面的气泡间相互之间空隙很大，疏松地分布在液体中，不属于泡沫物理的研究范围。再稍往上的泡沫由于受重力作用，液体流失到了下面，因此变得比较干燥，ϕ < 1% 气泡之间相互连接并发生了变形，成为多面体，这种形态叫干泡沫。

图1-1 泡沫的两种基本形态

Fig.1-1 Two basic structure of foam 泡沫物理是一门古老的学科，早在19世纪中下叶，气泡和泡沫结构静力学的描述已经完美，在这过程中比利时科学家柏拉图（Plateau）做出了突出的贡献，他首先确定了泡沫结构平衡法则。首先四个气泡形成一组相互作用的基本

单元，相交于一个交汇点每3个气泡围成一个凹三角形柏拉图通，四个气泡共形成4个柏拉图通道。其曲率半径由液体体积分数、表面张力以及界面力协调决定。每两个气泡间形成一个液膜，4个气泡共形成6个液膜。液膜厚度一般为10Å -1μm，是气泡间的最小分离距离。液膜间以及柏拉图通道间的夹角分别为arcos (-1 /2) =120°和arcos(- 1 /3)≈109.47°，图1-2右侧泡沫照片中的亮白色线就是柏拉图通道。

图1-2液态泡沫及其基本结构

Fig.1-2 Liquid foam and its basic structure

泡沫中的液体分布在液膜、柏拉图通道和交汇点上，当液体体积分数大约为36% 时，气泡为球形气泡间的接触缩为一个点，此时液膜消失，仅剩柏拉图通道和交汇点，泡沫的力学特性发生突变，这在泡沫物理学的研究中很重要，当体积分数大于36% 时泡沫系统演变为鼓泡流或者气液两相流，不再属于泡沫物理的研究范畴。

到了1990年前后，随着科学技术得发展，以及受材料科学和工业生产的需求，泡沫物理研究再次活跃起来。比如航空航天材料需要轻质、高强度得泡沫材料，而泡沫材料内部结构均匀时最关键的，不管是化工过程中消除泡沫还是泡沫灭火剂中保留泡沫，对泡沫稳定性得控制是关键，这些都促进了泡沫动力学的研究。含水泡沫在消防上的应用[3]是早期研究管道泡沫流动的动机。然而，开展管道和多孔介质中泡沫流动研究的最大动力却来自于石油[4]天然气[5]工业技术。随着全球范围的能源危机，原油价格飞涨，石油作为现代社会中最重要的能源物质，如何努力提高油井的产量成为各国研究的热门科研课题。由于泡沫具有很高的粘度，这对钻井和清洗等操作中输送颗粒物十分有利。在泡沫压裂技术[6]中，需要向油井地质岩层水力压裂缝中注入颗粒（最典型的是砂粒），以此来防止裂缝的闭合。实验研究发现当岩层的渗透率增加时，多孔介质[7]中泡沫得迁移率下降，这表明可以用泡沫来堵塞或者改变压裂剂的流向，从而在一定程度上控制油藏流体[8]的通路。此外，泡沫还可以作为管道运输煤粉的介质，