Хімія та хімічні технології / 7. Неорганічна хімія

Золотарьова О. В., Бутенко І. В.

Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля

Адсорбція суміші ПАР з водних розчинів на поверхні карбонату кальцію

Інтерес до вивчення властивостей розчинів сумішей поверхнево-активних речовин (ПАР) обумовлений рядом причин, одна з яких пов'язана з явищем синергізму, тобто посилення тієї або іншої властивості суміші в порівнянні з аналогічною властивістю індивідуальних ПАР. Ефект синергізму може проявлятися у зміні поверхневих властивостей (питомій вільній поверхневій енергії, адсорбції на різних межах фаз) або у зміні об'ємних властивостей та пов'язаний з наявністю взаємодії між компонентами суміші ПАР. Переважна більшість літературних даних відносяться до вивчення впливу складу суміші на поверхневе натягнення. У той же час, великий науковий і практичний інтерес являє собою дослідження адсорбції з водних розчинів сумішей ПАР на твердій поверхні. Раніше було встановлено, що невеликі добавки катіонної ПАР різко змінюють адсорбцію неіонної ПАР на гідрофільній поверхні твердого тіла. У даній роботі вивчені закономірності адсорбції на гідрофільній твердій поверхні з водних розчинів сумішей катіонної неіоногенної ПАР при варіюванні в широкому діапазоні їх співвідношення у розчині.

В якості твердої фази використали CaCO₃ з питомою поверхнею 0,4 м²/г (виміряною за допомогою методу БЕТ за низькотемпературною адсорбцією азоту); бромід цетилтриметиламонія та п-трет-октилфеніловий ефір поліетиленгліколя (ТХ–100).

Загальну кількість адсорбованої на твердій поверхні речовини визначали за зміною концентрації ПАР у розчині в результаті адсорбції. Загальну концентрацію ПАР визначали за ізотермою поверхневого натягнення. Поверхневе натягнення вимірювали методом Вільгельми. Концентрацію ТХ–100 у розчині після абсорбції визначали за зміною поглинання УФ-області за довжиною хвилі 280 нм. Одним з непрямих методів вивчення адсорбції ПАР є дослідження властивостей твердої поверхні до і після адсорбції. Було вивчено вплив адсорбції ПАР на електрокінетичний потенціал часток CaCO₃ та змочуваність водою модельної твердої поверхні.

Електрокінетичний потенціал визначали за методом електроосмосу та розраховували за допомогою рівняння Гельмгольца-Смолуховського. Вплив адсорбції ПАР на змочування вивчали на зразках мармуру зі змістом кальциту 99,9%. Визначали крайовий кут натікання краплі води на поверхні, модифікованій у розчинах сумішей ПАР різної концентрації. Виміри крайових кутів проводили за допомогою горизонтального мікроскопу, забезпеченого гоніометричною приставкою.

Раніше було видно, що досліджувана суміш ПАР проявляє синергізм відносно зниження поверхневого натягнення. Цей ефект обумовлений взаємодією між катіонами і молекулами неіоногенної ПАР у змішаному адсорбційному шарі на поверхні розділу розчин ПАР/повітря і у змішаних міцелах.

Адсорбція неіонної ПАР на поверхні CaCO₃ є наслідком утворення водневих зв'язків між поліоксіетиленовим ланцюгом мономера і гідроксильними групами на гідрофільній твердій поверхні.

Ізотерма адсорбції ТХ–100 на твердій поверхні має характерну ленгмюровску форму з яскраво вираженим плато у широкому інтервалі концентрацій ПАР і різким збільшенням адсорбції поблизу критичної концентрації міцелоутворення. Дані по змочуванню водою поверхні CaCO₃, модифікованої у розчинах різної концентрації дозволяють припустити, що при низьких концентраціях на твердій поверхні також адсорбуються індивідуальні молекули ПАР.

Не таке різке збільшення крайового кута у порівнянні з попередньою системою може бути пов'язане з меншою довжиною вуглеводневого радикала і великим розміром полярної групи молекули ТХ–100.

Адсорбційна активність іонів на поверхні розділу CaCO₃/розчин ПАР істотно вища, ніж молекул ТХ–100, а ізотерми адсорбції катіонної і неіоногенної ПАР на цій поверхні мають характерні особливості, пов'язані з природою взаємодії між адсорбатом та адсорбентом.

Для даної системи характерні досить сильна взаємодія у змішаному адсорбційному шарі на поверхні розділу розчину ПАР/повітря, слабкі взаємодії у змішаному адсорбційному шарі на міжфазній поверхні CaCO₃/водний розчин ПАР і зменшенні адсорбції суміші ПАР на твердій поверхні в порівнянні з адсорбцією з розчинами індивідуальних ПАР.

Література:

1. Иванова Н. И. / Н. И. Иванова, И. Л. Волчкова, Е. Д. Щукин // Коллоидный журнал, 1996. – Т.58. – 188с.

2. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел / Ред. Парфит Г. И Рочестер К. М. – Москва : Мир, 1998. – 237с.

3. Jones M. N., Ibbotson G. // Trans. Faraday Soc., 1970. – V.66., № 574. – P. 2394