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鉑金板法測(cè)定不同濃度、溫度、表面活性劑對(duì)氨水表面張力值（一）
來源：《應(yīng)用化工》 瀏覽 13 次 發(fā)布時(shí)間:2025-12-01
摘 要:采用鉑金板法測(cè)定了不同濃度、溫度及不同表面活性劑條件下氨水溶液的表面張力值，并用高速攝像機(jī)記錄鉑金板浸入、脫離液體過程的浸潤(rùn)高度。結(jié)果表明，溫度或濃度的變化均與氨水溶液的表面張力值呈現(xiàn)不同程度的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在20.5~45℃范圍內(nèi)，不同濃度氨水的表面張力值下降幅度在9.17%~11.48%；隨著氨水濃度在0~25%范圍內(nèi)增加，溶液表面張力值逐漸下降，降幅達(dá)15.20%；不同表面活性劑的加入可顯著降低氨水的表面張力值，10%濃度的氨水表面張力值降幅最高達(dá)46.18%；所有測(cè)量結(jié)果中鉑金板的浸潤(rùn)高度和面積值與表面張力值變化呈相反趨勢(shì)。
表面張力是液體的常見物理屬性，是液體表面層受不均衡分子引力而產(chǎn)生的使液體表面向內(nèi)部收縮的力，廣泛應(yīng)用于潤(rùn)濕、吸附和浮選等方面。通常溫度升高會(huì)降低有機(jī)溶劑和酸堿鹽溶液的表面張力，但也有研究發(fā)現(xiàn)，表面張力隨溫度增加呈非單調(diào)性變化。此外，添加劑和溶液濃度也被視為重要影響因素。
氨水常被霧化成小液滴作為硫的吸收劑，而表面張力會(huì)影響其霧化特性。本文采用Wilhelmy鉑金板法測(cè)定不同溫度、濃度及表面活性劑含量下氨水表面張力的變化，并用高速攝像機(jī)記錄鉑金板的浸潤(rùn)高度。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試劑與儀器
濃氨水(25%)、月桂酰胺丙基羥磺基甜菜堿(LHSB)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、椰子油脂肪酸丙氨酸鈉(ACS-12)、椰油酰胺丙基甜菜堿(CAB-35)、烷基糖苷(APG0810)均為分析純。
BZY-101表面張力儀；HAS-D71高速攝像機(jī)。
1.2 測(cè)試原理
鉑金板接觸被測(cè)液體后，液體表面張力作用于鉑金板，將其向下拉至液體表面張力及其他力與平衡力均衡時(shí)，鉑金板停止向液體內(nèi)部浸入。同時(shí)，平衡感應(yīng)器測(cè)量鉑金板浸入深度，經(jīng)微處理機(jī)轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值并在LCD數(shù)字顯示屏實(shí)時(shí)顯示。
平衡力公式: F = mg + Lγcosθ - shρg (1)
式中 F——平衡力，N；
m——鉑金板質(zhì)量，kg；
h——浸入深度，m；
L——鉑金板周長(zhǎng)，m；
s——鉑金板橫切面積，m2；
γ——液體表面張力，N/m；
θ——接觸角，°；
ρ——液體密度，kg/m3。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
配制1%~24%不同濃度的氨水溶液，在23℃室溫條件下，測(cè)定不同濃度氨水的表面張力，同時(shí)記錄鉑金板浸入溶液表面的最大高度；分別測(cè)量溶液溫度在20.5~45℃(每間隔5℃測(cè)量)間5%，10%，15%和20%氨水溶液的表面張力。依次添加0.1~0.7g濃度為0.1%和0.2%的5種不同表面活性劑于30mL的10%氨水溶液中，研究不同添加量下表面活性劑對(duì)氨水溶液表面張力的影響。
2 結(jié)果與討論
2.1 濃度對(duì)氨水表面張力的影響
室溫下不同濃度的氨水表面張力值見表1。
表1 不同濃度下氨水表面張力值| 濃度/% | 表面張力/(mN·m?1) | 濃度/% | 表面張力/(mN·m?1) | 濃度/% | 表面張力/(mN·m?1) | 濃度/% | 表面張力/(mN·m?1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 71.7 | 7 | 66.1 | 14 | 63.9 | 21 | 62.6 |
| 1 | 70.2 | 8 | 65.8 | 15 | 63.7 | 22 | 62.3 |
| 2 | 69.8 | 9 | 65.3 | 16 | 63.5 | 23 | 61.9 |
| 3 | 68.9 | 10 | 65.1 | 17 | 63.4 | 24 | 61.5 |
| 4 | 68.1 | 11 | 64.7 | 18 | 63.4 | 25 | 60.8 |
| 5 | 66.9 | 12 | 64.4 | 19 | 63.3 | - | - |
| 6 | 66.2 | 13 | 64.0 | 20 | 63.0 | - | - |
由表1可知，隨著濃度的增加，氨水溶液表面張力值逐漸下降。當(dāng)氨水濃度升高至6%時(shí)，溶液表面張力值從71.7mN/m下降到66.2mN/m，降低了5.5mN/m；然而，溶液濃度從7%升高至25%，表面張力值僅降低5.3mN/m。當(dāng)氨水濃度升高時(shí)，溶液內(nèi)部的氨水分子向溶液表面移動(dòng)、匯聚，溶液表面層中的H-N氫鍵濃度增加，H-O氫鍵減少，導(dǎo)致溶液表面張力下降。
為探究表面張力與鉑金板的浸潤(rùn)關(guān)系，采用高速攝像機(jī)測(cè)定鉑金板浸入不同濃度(1%，6%，11%，16%，21%，25%)氨水溶液的瞬時(shí)連續(xù)浸潤(rùn)高度，鉑金板上的液體真實(shí)浸潤(rùn)高度見表2。
由表2可知，相同時(shí)刻下，鉑金板上液體真實(shí)浸潤(rùn)高度與氨水濃度趨勢(shì)保持一致，與表面張力值變化趨勢(shì)相反，即表面張力越低液體浸潤(rùn)效果越好。
表2 液體真實(shí)浸潤(rùn)高度| 時(shí)刻/s | 浸潤(rùn)高度/mm | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1% | 6% | 11% | 16% | 21% | 25% | |
| 0.20 | 1.46 | 1.54 | 1.65 | 1.74 | 1.85 | 1.93 |
| 0.40 | 2.20 | 2.29 | 2.37 | 2.45 | 2.52 | 2.57 |
| 0.80 | 2.34 | 2.36 | 2.39 | 2.40 | 2.42 | 2.44 |
| 1.20 | 2.20 | 2.23 | 2.24 | 2.25 | 2.27 | 2.28 |
| 1.60 | 2.14 | 2.14 | 2.16 | 2.17 | 2.18 | 2.18 |
以鉑金板浸入至1%和25%氨水溶液的瞬時(shí)浸潤(rùn)過程為例(見圖1、圖2)，鉑金板底部與水平液面存在一定角度，經(jīng)HAS-Xviewer Ver軟件校準(zhǔn)測(cè)量，鉑金板浸入1%和25%氨水溶液過程中鉑金板底部與其倒影夾角分別為2.08，1.37°。
圖1 鉑金板浸入1%氨水溶液瞬時(shí)浸潤(rùn)過程
圖2 鉑金板浸入25%氨水溶液瞬時(shí)浸潤(rùn)過程