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來源：應(yīng)用化學(xué) 瀏覽 108 次 發(fā)布時(shí)間:2025-10-30
固定NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度（0.1 mg/mL），分析改變正辛烷溶液中PA質(zhì)量濃度時(shí)界面張力的變化情況。動(dòng)態(tài)界面張力的演變?nèi)鐖D7所示，當(dāng)正辛烷中PA質(zhì)量濃度小于5 mg/mL時(shí)，即使加入微量的NH2-PEG-GO（0.1 mg/mL）就能夠顯著降低界面張力，相比于不添加NH2-PEG-GO時(shí)的情況降低了約15 mN/m。然而，隨著PA質(zhì)量濃度的增加（0.005~5 mg/mL），界面張力僅從32 mN/m降低到25 mN/m（圖7B）。在不添加NH2-PEG-GO時(shí)，隨PA質(zhì)量濃度增加（0.005~5 mg/L），界面張力的下降值則約為20 mN/m（圖7A）。這表明NH2-PEG-GO的添加使得PA在界面上吸附減少，NH2-PEG-GO成為降低界面張力的主導(dǎo)因素。然而隨著PA質(zhì)量濃度升高，PA的界面吸附量逐漸達(dá)到飽和，少量NH2-PEG-GO的存在不會(huì)顯著降低界面張力。當(dāng)PA的質(zhì)量濃度達(dá)到5 mg/mL時(shí)，存在0.1 mg/mL NH2-PEG-GO僅比不存在時(shí)降低了約2 mN/m，這是由于此時(shí)界面被PA占滿，沒有足夠的空間供NH2-PEG-GO進(jìn)行吸附。
圖7水相中NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度為（A）0 mg/mL和（B）0.1 mg/mL時(shí)，正辛烷/水之間的界面張力隨PA質(zhì)量濃度的變化曲線
為了進(jìn)一步分析各組分對(duì)界面張力的貢獻(xiàn)，分別計(jì)算了0.1、0.5和2.5 mg/mL NH2-PEG-GO和不同質(zhì)量濃度PA的平衡表面壓力ПBM、各組分單獨(dú)添加時(shí)表面壓力ПPA、ПGO以及這兩部分表面壓力的加和ПΣ，表面壓力根據(jù)以下關(guān)系式（公式（7））進(jìn)行計(jì)算。
ПBM/ПΣ反映了PA與NH2-PEG-GO對(duì)界面張力影響的累積效應(yīng)。在所有研究條件下，ПBM/ПΣ<1，這表明在吸附后期PA與NH2-PEG-GO之間存在競爭吸附。并且，隨著PA、NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度增加ПBM/ПΣ值減小，表明PA與NH2-PEG-GO之間競爭增強(qiáng)（圖8）。
圖8 PA和NH2-PEG-GO在不同質(zhì)量濃度條件下的ПBM/ПΣ，t=1000 s
2.5脂肪酸鏈長度與質(zhì)量濃度對(duì)NH2-PEG-GO水-油界面張力的影響
在前面的分析中，選用了軟脂酸（C16）作為研究對(duì)象。同時(shí)也研究了脂肪酸鏈長度對(duì)脂肪酸與NH2-PEG-GO界面共吸附行為的影響，將不同烷基鏈長度的脂肪酸（正癸酸（C10）、軟脂酸（C16）、花生酸（C20））溶解于正辛烷，固定水相中NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度（0.1 mg/mL），進(jìn)行界面張力測試。
對(duì)比不同鏈長脂肪酸在不同質(zhì)量濃度時(shí)的動(dòng)態(tài)界面張力（圖9A－9C），發(fā)現(xiàn)雖然脂肪酸在正辛烷中的擴(kuò)散系數(shù)隨著碳鏈的增長而減小（表2），但添加高質(zhì)量濃度C20酸時(shí)，界面張力值到達(dá)平衡的時(shí)間明顯縮短，這表明脂肪酸烷基鏈長度會(huì)影響脂肪酸在界面的性質(zhì)。并且發(fā)現(xiàn)脂肪酸烷基鏈越長，與NH2-PEG-GO協(xié)同穩(wěn)定的水-正辛烷界面張力越低。并且隨著脂肪酸質(zhì)量濃度增加，烷基鏈鏈長增加對(duì)界面張力降低效果越明顯（圖9D）。
圖9不同質(zhì)量濃度、不同烷基鏈長度脂肪酸（A）C10、（B）C16和（C）C20在NH2-PEG-GO水-正辛烷溶液之間界面張力隨時(shí)間演變曲線及（D）不同烷基鏈長度脂肪酸的平衡界面張力隨脂肪酸質(zhì)量濃度變化曲線，NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度固定為0.1 mg/mL
表2脂肪酸分子的基本參數(shù)
當(dāng)利用不同鏈長的脂肪酸與NH2-PEG-GO協(xié)同穩(wěn)定水-油界面張力時(shí)，界面張力的降低需要考慮來自烷基鏈結(jié)構(gòu)對(duì)界面張力的影響：研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸的烷基鏈越長，其在界面排列的有序度越高，烷基鏈傾向于垂直于界面排列，在界面形成更緊密堆積的吸附層。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，脂肪酸的親水羧基在界面上存在兩種不同的狀態(tài)，即未解離的—COOH和帶負(fù)電荷的—COO-。當(dāng)正辛烷中脂肪酸的質(zhì)量濃度增加時(shí)，吸附在水-油界面上的脂肪酸分子間距離將逐漸拉近，此時(shí)脂肪酸分子疏水烷基鏈之間的范德華吸引相互作用以及—COOH與—COO-基團(tuán)之間的離子-偶極吸引相互作用隨之增強(qiáng)，并且發(fā)現(xiàn)這兩種吸引相互作用將隨烷基鏈長度的增加而增強(qiáng)，而吸引相互作用的增強(qiáng)也會(huì)縮短脂肪酸分子間距離，有利于分子在界面形成致密吸附層，從而有效降低界面張力。這可以解釋在添加高質(zhì)量濃度脂肪酸時(shí)，長鏈脂肪酸能更有效地降低界面張力的現(xiàn)象。
3結(jié)論
利用界面張力儀研究氨基化氧化石墨烯（NH2-PEG-GO）質(zhì)量濃度、脂肪酸質(zhì)量濃度以及脂肪酸鏈長度對(duì)于NH2-PEG-GO與脂肪酸在水-油界面共吸附動(dòng)力學(xué)的影響。
結(jié)果表明，脂肪酸在吸附平衡階段為擴(kuò)散控制的過程，而NH2-PEG-GO在界面吸附平衡階段符合混合動(dòng)力學(xué)吸附機(jī)制，吸附過程存在能量勢壘。當(dāng)NH2-PEG-GO與脂肪酸共吸附時(shí)，二者存在協(xié)同效應(yīng)。通過分析單個(gè)組分對(duì)總界面壓力的影響，發(fā)現(xiàn)前期界面張力降低是由脂肪酸吸附引起，而NH2-PEG-GO的存在顯著影響吸附后期的水-油界面張力值。而且在吸附后期，NH2-PEG-GO和脂肪酸分子之間存在競爭吸附，隨著PA、NH2-PEG-GO質(zhì)量濃度增加，二者的競爭吸附增強(qiáng)。同時(shí)，脂肪酸鏈長的增加有利于NH2-PEG-GO與PA在界面形成更致密的吸附層，從而更有效地降低界面張力。這些結(jié)果可以為NH2-PEG-GO在驅(qū)油領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路。