激光粒度儀在微乳液中

上海應用技術學院研究生課程（論文類）試卷2012 /2013學年第一學期課程名稱： 催化研究方法 課程代碼： 論文題目： 激光粒度儀在微乳液中的應用學生姓名： 葉思景 專業(yè)、學號：126406433 學院：化工學院 課程（論文）成績：課程（論文）評分依據(jù)（必填）：任課教師簽字： 日期：年月曰課程（論文）題目：激光粒度儀在微乳液中的應用激光粒度儀在微乳液中的應用一微乳液的相關介紹微乳液的提出在19世紀四十年代，Schulman等人研究濃乳狀液時，發(fā)現(xiàn)當表面活性劑的用量比較大，并有相當大量的極性有機物（如醇類）存在時，可以得到透明的（或近于透明的） “乳狀液”。以后的工作確定出這種“乳狀液”的分散相質(zhì)點非常小（小于 0.1微米，甚至小到數(shù)十埃），故稱之為微乳狀液。實際上，微乳狀液早已應用于生產(chǎn)中，早期的一些地板拋光蠟液、機械切削油等，均為微乳狀液。至六十年代以后，微乳狀液在石油開采中作為“膠團溶液”用于提高采收率，有比較好的效果，目前仍在繼續(xù)研究中。微乳液的形成微乳液的形成一般有比較普遍的規(guī)律，即除油、水主體及作為乳化劑的表面活性劑外，還需加入相當量的極性有機物（一般為醇類） 。而且，表面活性劑及極性有機物的濃度相當大。這種極性有機物稱為微乳狀液體系中的輔助表面活性劑。簡而言之，微乳狀液就是由油、表面活性劑、輔助表面活性劑和水所組成。微乳液的性質(zhì)微乳狀液為透明的分散體系，多數(shù)有乳光，但在顯微鏡下觀察不到質(zhì)點。其外觀呈灰色半透明或透明狀，此種體系實際就是微乳狀液。如果進一步觀察投射光及反射光的顏色，則可以發(fā)現(xiàn)乳狀液的投射光及反射光均無色，而微乳狀液的外觀為灰色半透明，其投射光為紅色，反射光為藍色。透明的微乳狀液，其透射光及反射光皆為無色。根據(jù)光散射、超離心沉降及電子顯微鏡等方法對一些微乳液的研究，發(fā)現(xiàn)質(zhì)點都很小（小于0.1微米），而且大小比較均勻。微乳液的穩(wěn)定性很高，放置長時間不分層、不破壞，用普通離心機亦不能使之分層，故一般可用離心機加以鑒定，區(qū)分乳狀液與微乳狀液。在微乳狀液體系中，油冰界面張力往往低至不可測量。例如，在水和苯的體系中，如水中的油酸濃度為0.01M，氯化鉀濃度為0.5M，而在油（苯）中加入正已醇，則界面張力自未加入正己醇時的大于4因達/厘米降至不可測量的數(shù)值；當正己醇的摩爾分數(shù)（在苯中）近于 0.1時，微乳液形成，整個混合體系變?yōu)橥该?，此時的油 /水界面張力已經(jīng)沒有物理意義。性質(zhì)比較我們可以把微乳液、乳狀液及膠團溶液的一些性質(zhì)，列于表中并加以比較，以便了解微乳狀液的本質(zhì)。表3.1微乳液、乳狀液及膠團溶液的一些性質(zhì)比較性質(zhì)乳狀液微乳狀液膠團溶液分散度粗分散體系質(zhì)點大小大致在膠團大小一般小于 0.01微質(zhì)點大于0.1微米顯微鏡可見0.01—0.1微米米，顯微鏡不可見顯微鏡可見質(zhì)點形狀一般為球狀球狀溶液稀時為球狀濃時為各種性狀透光性不透明半透明至透明一般透明穩(wěn)定性不穩(wěn)定；用離心機易穩(wěn)定；用離心機亦不穩(wěn)定；不能分層于分層能使之分層表面活性劑可少用用量多超過cmc所需量即可

用量 不一定加輔助表面活性劑用量 不一定加輔助表面活性劑與油、水之0/W型與油不混融,

混溶性W/0型與水不混融與油、水在一定范圍 未達到溶飽和量時，可溶解內(nèi)可混溶 油或水自上述性質(zhì)可見，微乳狀液是一種介于一般乳狀液與膠團溶液之間的分散體系。乳狀液中,如表面活性劑之間增加到一定程度，并加入一定量的輔助表面活性劑，則形成微乳狀液。在濃膠團溶液中，?？扇芙庀喈斄康挠停ɑ蛩┒纬晌⑷闋钜海▽嶋H上即是膨脹了的加溶了的膠團溶液）。所以，微乳狀液具有乳狀液和膠團溶液的性質(zhì)，可以說是一種過渡中間物。這里充分表現(xiàn)出自然辯證法的規(guī)律：“一切差異都在中間階段融合，一切對立都經(jīng)過中間環(huán)節(jié)而互相過渡。 ”由此“除了非此即比,看來，在差異很大的乳狀液和膠團溶液之間，并無絕對分明和固定不變的界限:“除了非此即比,又在適當?shù)牡胤匠姓J亦此亦比，并且使對立互為中介” ?？梢哉f微乳狀液即為“亦此亦彼”，即又是膠團溶液，又是乳狀液，為有差異的膠團溶液和乳狀液相互過渡的產(chǎn)物。形成機理一般乳狀液的形成，主要是由于乳化劑在油 /水界面的吸附，形成堅韌的保護膜，同時降低界面張力，使油（或水）較易分散。但無論如何仍有界面，從而界面張力存在，故此種體系是不穩(wěn)定的，總是力圖使界面減少，最后的結(jié)果是“油、水不相容”一發(fā)生分層現(xiàn)象。沒有表面活性劑存在時，一般油 /水界面張力大約是30-50達因/厘米（此處的油是指一般非極性有機液體，如脂肪烴和芳香烴等） 。有表面活性劑時，界面張力下降；若再加入一定量極性有機物，可將界面張力降至不可測量的程度；此后，即形成穩(wěn)定的微乳狀液。由此可見：當表面活性劑及輔助表面活性齊U之量足夠時，油水體系的界面張力可能暫時小于零（為負值） ，但負界面張力不可能穩(wěn)定存在，體系欲趨于平衡，則必擴大界面，使液滴的分散度加大，最終形成微乳狀液。此時，界面張力自負值變?yōu)榱恪４思次⑷橐旱男纬蓹C理。微乳液的應用微乳液一直廣泛應用于生產(chǎn)中，而且往往多數(shù)是與乳狀液聯(lián)系在一起應用。許多配方，實際上是形成乳狀液；在一定條件下才能獲得穩(wěn)定的、高分散度體系。只有在這時，才從乳狀液過渡到微乳狀液。石蠟分散在水中，如加入較大量的適當乳化劑，可得到質(zhì)點很細、近于透明的“乳狀液”，用作地板上的光蠟液。醇酸樹脂等涂料，亦可分散成水包油型的微乳液，作為上光劑。許多機械切削油亦都是水為分散介質(zhì)的微乳狀液。此外，微乳狀液也逐漸進入石油生產(chǎn)領域中?？傊⑷橐旱挠猛臼謴V泛，涉及生活、生產(chǎn)的各方面。二激光粒度儀及其原理介紹激光粒度分析儀儀是根據(jù)光的散射原理測量粉顆粒大小的，是一種比較通用的粒度儀。其特點是測量的動態(tài)范圍寬、測量速度快、操作方便，尤其適合測量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。對粒度均勻的粉體，比如磨料微粉，要慎重選用。激光粒度儀集成了激光技術、現(xiàn)代光電技術、電子技術、精密機械和計算機技術，具有測量速度快、動態(tài)范圍大、操作簡便、重復性好等優(yōu)點，現(xiàn)已成為全世界最流行的粒度測試儀器。激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器， 已經(jīng)在其它粉體加工與應用領域得到廣泛的應用。它的特點是測試速度快、重復性好、準確性好、操作簡便。對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗有著重要的意義。激光粒度儀的原理激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以在沒有阻礙的無限空間中激光將會照射到無窮遠的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。如圖1所示。

圖1激光束在無阻礙狀態(tài)下的傳播示意圖米氏散射理論表明， 當光束遇到顆粒阻擋時， 一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象， 散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角 0,0角的大小與顆粒的大小有關，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的0角就越?。活w粒越小，產(chǎn)生的散射光的 0角就越大。即小角度（0）勺散射光是有大顆粒引起的；大角度（01）的散射光是由小顆粒引起的，如圖 2所示。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，測量不同角度上的散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布了。圖2不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光為了測量不同角度上的散射光的光強，需要運用光學手段對散射光進行處理。我們在光束中的適當?shù)奈恢蒙戏胖靡粋€富氏透鏡，在該富氏透鏡的后焦平面上放置一組多元光電探測器，不同角度的散射光通過富氏透鏡照射到多元光電探測器上時，光信號將被轉(zhuǎn)換成電信號并傳輸?shù)诫娔X中，通過專用軟件對這些信號進行處理，就會準確地得到粒度分布了，如圖 3所示。圖3激光粒度儀原理示意圖激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會照射到無限遠的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。如圖7所示。圖7激光束在無陽礙狀態(tài)F的傳播不盤圖當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象，如圖 8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角 0。散射理論和實驗結(jié)果都告訴我們， 散射角0的大小與顆粒的大小有關，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的 0角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的 0角就越大。在圖8中，散射光11是由較大顆粒引起的；散射光12是由較小顆粒引起的。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，在不同的角度上測量散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布了。圖H不同粒輪的顆粒產(chǎn)牛不同角度的散射角為了有效地測量不同角度上的散射光的光強， 需要運用光學手段對散射光進行處理。 我們在圖8所示的光束中的適當?shù)奈恢蒙戏胖靡粋€富氏透鏡，在該富氏透鏡的后焦平面上放置一組多元光電探測器，這樣不同角度的散射光通過富氏透鏡就會照射到多元光電探測器上，將這些包含粒度分布信息的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并傳輸?shù)诫娔X中，通過專用軟件用 Mie散射理論對這些信號進行處理，就會準確地得到所測試樣品的粒度分布了，如圖 9所示。圖m 比14度儀涼理小盤圖激光粒度分析儀原理光在傳播中，波前受到與波長尺度相當?shù)南犊谆蝾w粒的限制， 以受限波前處各元波為源的發(fā)射在空間干涉而產(chǎn)生衍射和散射，衍射和散射的光能的空間（角度）分布與光波波長和隙孔或顆粒的尺度有關。用激光做光源，光為波長一定的單色光后，衍射和散射的光能的空間（角度）分布就只與粒徑有關。對顆粒群的衍射，各顆粒級的多少決定著對應各特定角處獲得的光能量的大小，各特定角光能量在總光能量中的比例，應反映著各顆粒級的分布豐度。按照這一思路可建立表征粒度級豐度與各特定角處獲取的光能量的數(shù)學物理模型，進而研制儀器，測量光能，由特定角度測得的光能與總光能的比較推出顆粒群相應粒徑級的豐度比例量。激光粒度分析儀采用濕法分散技術，機械攪拌使樣品均勻散開，超聲高頻震蕩使團聚的顆粒充分分散，電磁循環(huán)泵使大小顆粒在整個循環(huán)系統(tǒng)中均勻分布，從而在根本上保證了寬分布樣品測試的準確重復。三測試步驟方法測試操作簡便快捷：放入分散介質(zhì)和被測樣品，啟動超生發(fā)生器使樣品充分分散，然后啟動循環(huán)泵，實際的測試過程只有幾秒鐘。測試結(jié)果以粒度分布數(shù)據(jù)表、分布曲線、比表面積、 D10、D50、D90等方式顯示、打印和記錄 .輸出數(shù)據(jù)豐富直觀：本儀器的軟件可以在各種計算機視窗平臺上運行，具有操作簡單直觀的特點，不僅對樣品進行動態(tài)檢測，而且具有強大的數(shù)據(jù)處理與輸出功能 ，用戶可以選擇和設計最理想的表格和圖形輸出。以下是一些樣品的測試數(shù)據(jù)及其分析中枚槍倆ft:IB.12 律枳甲均和昭⑶：2105 21：5.84皿fife*：33比衷麗期：380.□m_2/le祥品折則率那：1.596*0.100 仆廣折無半：1.3J3 A度.蠱"003^0.&4ua D0&-L53翊 Dl(h2.&5g D1滬?30ud 0?舁化46uaD75^3hWw P64-39.&6urn D90-47,SOin D97=65.16ua D9^7D.18c*粒拄"區(qū)麗累積％料軌XJR積霍區(qū)何酸JK積,o”nn；Q.WQ.006T&Q850.帕Z475,85-fl.SLL8322.4144,69T9.M:3.3091.龍1ftIfi2aoo9-?0.&W,950,533.W€5H7.lt]瓷0024.41禪一71-55.K2.M；M.0S0.iM.14jO.OOo.oc0.?"L.05仇61xei訃唯062.IBK.59J^36-6L622.H:M.190.U-0.150.020.02L06-1.IT0.64LSS8.Ofr■也箭28.96赫鴦輙詔1,5997.78O,1W.170.030.05'1.17-1.310.674.92氐97-9.982.M31.4968.5^-76-33LW0.l?-0.190.000.0$1.31-1.450.705.6Z玄98-11312.743l'2376o'w9947am⑵ataOlO7anIk36IL11-1Z372.95帆wl64”95T4,5?0,32“0.劭血240.03aio|L43-1.W0.757.11njT-u.rF119W.S7M.W-LW.Z4a?W.MQH-0.36&M0.14].S(h2.W0807.91ii.n-is.w工相43.S5105.24-117.13Ol6b】gM)血26-0.290.040.L&Z0Q-Z230.58r6-7915,32-17.0547.67117.13'130137O.OG100.QD[0.2XL32O/ZT 2.Z3-2.命i 0.949.73[7.05-18.9B<18機”關1X137-145.104.QQtOQ.0010.SZdQo.a?0.M2.W-Z.76h02im75LS/9e-2L124.49S6”M]<5,!?6l.5O<L00lOQ.OO'D.i&fl.lao.n幣.付2.re-s.08LI4|1LS921.\2-n.514.7(9L卻)61.5^179.75(too100.00