摘 要:采用鉑金板法測定了不同濃度、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%；所有測量結(jié)果中鉑金板的浸潤高度和面積值與表面張力值變化呈相反趨勢。

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)用于潤濕、吸附和浮選等方面。通常溫度升高會降低有機(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，而表面張力會影響其霧化特性。本文采用Wilhelmy鉑金板法測定不同溫度、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)記錄鉑金板的浸潤高度。

1 實驗部分

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 測試原理

鉑金板接觸被測液體后，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，鉑金板停止向液體內(nèi)部浸入。同時，平衡感應(yīng)器測量鉑金板浸入深度，經(jīng)微處理機(jī)轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值并在LCD數(shù)字顯示屏實時顯示。

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，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 實驗方法

配制1%~24%不同濃度的氨水溶液，在23℃室溫條件下，測定不同濃度氨水的表面張力，同時記錄鉑金板浸入溶液表面的最大高度；分別測量溶液溫度在20.5~45℃(每間隔5℃測量)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氨水溶液表面張力的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 濃度對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。

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，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，溶液內(nèi)部的氨水分子向溶液表面移動、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關(guān)系，采用高速攝像機(jī)測定鉑金板浸入不同濃度(1%，6%，11%，16%，21%，25%)氨水溶液的瞬時連續(xù)浸潤高度，鉑金板上的液體真實浸潤高度見表2。

由表2可知，相同時刻下，鉑金板上液體真實浸潤高度與氨水濃度趨勢保持一致，與表面張力值變化趨勢相反，即表面張力越低液體浸潤效果越好。

以鉑金板浸入至1%和25%氨水溶液的瞬時浸潤過程為例(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%氨水溶液瞬時浸潤過程

圖2 鉑金板浸入25%氨水溶液瞬時浸潤過程