十二烷基苯磺酸钠在纳米CaCO3表面的吸附.pdf

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1、第2 8 卷第1 2 期 2 0 0 7 年1 2 月 纺织学报 J 伽m a l0 f7 r e x t i l eR e a r c h V 0 1 2 8 D e c N o 1 2 2 0 0 r 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 1 1 2 0 0 7 2 0 4 十二烷基苯磺酸钠在纳米C a C 0 3 表面的吸附 梁文玉，葛明桥，李永贵，余天石 ( 江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要 为了更好地分析十二烷基苯磺酸钠( s D B s ) 作为分散剂时纳米c 8 c q 在水中分散的机制，研究水性体系中 s D

2、 B S 在纳米C a C q 表面的吸附情况。采用紫外一可见分光光度法测定S D B s 在纳米C a c 0 3 表面的吸附量，讨论吸附 S D B S 后分散体系z e t a 电位的变化，研究吸附的稳定性。实验结果表明：s D B S 在纳米C a c 0 3 表面的吸附量随着 S D B s 溶液质量浓度的增大而增加，当质量浓度大于2g ，L 时，吸附达到饱和吸附；p H 值对吸附量有一定影响，p H = 7 时的吸附量大于p H = l l 时的吸附量；吸附S D B S 后，分散体系的z e t a 电位有很大变化；S D B s 在纳米C a C 0 3 表面的 吸附是一个自发

3、过程，吸附比较稳定。 关键词纳米C a C 仉；十二烷基苯磺酸钠；水；吸附；z e t a 电位 中图分类号：T Q l 2 7 1 3 ；卿6 文献标识码：A A d s o r p t i o nO fs o d i u md o d e c y l b e n z e n e s u l f a t eo nn a n O - s i z e dC a C 0 3 U A N GW e I l y u ，G EM i n g q i a 0 ，UY o n g g I l i ，Y UT i a n s h i ( 研肠占D 嘲叮矿S c 话，观彻d 死由蝴旷E 一7 h t 如。胧n

4、f s 哆妒础H 踟n ， 肛w 舰触榄嘶，耽酊，肋咿u2 1 4 1 2 2 ，醌讹) A 蜘c t耽ea d s o r p t i o no fs o d i u md o d e c y l b e n z e n e s u l f a t e ( S D B S ) o nn a I I o s i z e dC a C 0 3i na q u e o u ss y s t e m w 鹅s t u d i e ds o 嬲t o f u n h e r 舳a l y z et l l ed i s p e r s i n gm e c h a n i s m0 ft l l en

5、 a n o 一8 i z e dC a C 0 3i na q u e o u ss y s t e m 诮t h S D B S 鹊d i s p e r s a n t ，1 1 l ea d s 唧t i o na 咖u mo fS D B So n n 粕。一s i z e dC a C 0 3w 鹳d e t e 彻i n e db yu s i n gU V ，V I s p e c t r 0 m e t r y T h ec h a n g e “z e t ap o t e n t i a lo fd i s p e 玛i o na f t e ra d s o I p t

6、 i o n0 fS D B Sa 1 1 dt h es t a b i l i t ) ro fa d s o 巾t i o n w e r ；ed i s c u s s e d n ee x p e r i m e n t a lr e s u h ss h o w e dt h a tt h ea d s o 巾t i o na m o u n to fS D B So nn 粕o s i z e dC a C 0 3 i n c r e a s e d 诵t hi n c r e 鹬i I l gt l I ec o n c e n t r a t i o no fS D B S

7、l u t i o na I l dr e a c h e ds a t u r a t e da d s o 印t i o nw h e nt h e c o n c e n t m t i o ne x c e e d e d2g ，L p Hv a l u eh a d 锄i m p a c to nt I l ea d s o I p t i o na n l o u n t 锄dt h e 锄o u n to fa d s o r p t i o n 砒p H = 7w a sl 哪e rt l l 锄t h a ta tp H = 1 1 A f t e rS D B Sw a s

8、a d s o r b e do nn 粕o - s i z e dC a C 0 3 ，ag r e a tc h 肌g eo f Z e t ap o t e n t i a lo ft h ed i s p e r s i o nw 船o b s e n r e d n ea d s o r p t i o n “S D B So nn a l l o s i z e dC a C 0 3w a sas p o n t 粕e o u s p 玎0 c e s s 锄dt h i sa d s o r p t i o nw 嬲m t h e r $ t a b l e K e yw o r

9、 d s n 锄。一s i z e dC a C 0 3 ；s o d i u md o d e c y l b e n z e n e s u h t e ；w a t e r ；a d s o 叩t i o n ；Z e t ap o t e n t 谢 纳米C a C O ，作为一种重要的功能材料已在橡 胶、塑料等行业得到了较广泛的应用。虽然目前纳 米C a C O ，在纺织中的应用还比较少，但是由于其低 廉的价格和优良的特性，具有广阔的应用前景n 1 。 由于纳米粒子具有较大的表面能，极易产生团聚，通 常在实际使用时，粒径已为二次粒径，可能超出了纳 米尺度。团聚使纳米粒子的优点不能得到

10、充分的发 挥，给纳米粒子的应用带来了极大的困难，因此需要 加入一定的分散剂以提高纳米粒子的分散性 能2 3 。 分散剂一般是通过静电排斥力、空间位阻作用 或二者的同时作用来实现纳米粒子的稳定分散，而 这2 种作用都与分散剂在纳米粒子表面的吸附有很 大的关系H 1 。很多学者对分散剂在纳米粒子表面的 收稿日期：2 0 0 r 7 一0 3 一1 5修回日期：2 0 0 7 0 6 0 4 基金项目：江苏省自然科学基金资助项目( B K 2 0 0 5 0 1 4 ) 作者简介：粱文玉( 1 9 8 2 一) 。女，硕士生。研究方向为纳米材料在纺织中的应用。葛明桥，通讯作者，E - 删l i l

11、：g e m q p u b W x j s i n f o n e t o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期粱文玉等：十二烷基苯磺酸钠在纳米C a C O ，表面的吸附 。7 3 吸附进行了研究b 。7 】。文献 8 研究发现十二烷基 苯磺酸钠( S D B S ) 可提高纳米C a C O ，在水中的分散 性和稳定性。 为了更好地分析S D B S 作为分散剂时纳米 C a c 0 3 在水中分散的机制，本文研究了水性体系中 S D

12、 B S 在纳米C a C O ，表面的吸附情况，吸附s D B s 后 分散体系Z e t a 电位的变化，以及吸附的稳定性。 1实验部分 1 1 材料 纳米C a C O ，( 上海耀华纳米科技有限公司提供， 一次平均粒径为2 5n m ) ，去离子水( 江南大学) 、 S D B s ( 化学纯) 、N a o H ( 分析纯) 、H C l ( 分析纯) ，均购 自国家集团化学试剂有限公司。 1 2 样品制备及Z e t a 电位的测定 取一定量的分散剂加入去离子水中配制成 1 0 0I I I L 分散剂溶液，然后加入0 1g 纳米C a c O ，( 如果 需要，使用N a o H

13、 或H c l 调节体系的p H 值) ，最后将 体系置入9 2 D 型超声波细胞粉碎机中超声作 用一段时间，即得到所需的分散体系。使用英国马 尔文公司的N 卸o z S9 0 纳米粒径z e t a 电位分析仪测 定分散体系的z e t a 电位。 1 3S D B S 吸附量的测定 将分散体系恒温静置1 2h 以使S D B S 在纳米 C a C 0 3 表面充分吸附，然后将分散体系离心2h ，使得 分散在体系中的纳米C a C m 由于离心作用而完全从 体系中分离出来，在底部形成沉淀，体系的上层变为 澄清液。吸附在纳米c a C 0 3 表面的S D B S 随纳米 c a c q 起

14、沉淀，而未被吸附的S D B s 则留在上层澄 清液中。通过测定上层澄清液中S D B S 的质量浓度即 可根据公式算得S D B S 在纳米C a c 0 3 表面的吸附量： 。 ( C o C 1 ) y ， 、 1 2 i L 1 ， 式中：r 为吸附量，即每克纳米C a C 0 3 表面吸附的 s D B s 质量，g ；G 为分散剂溶液的初始质量浓度，g ，L ； C 。为上层澄清液中分散剂的质量浓度，g ，L ；y 为分散 体系的体积，L ；m 为分散体系中纳米C a C 0 3 的质量，g 。 其中c o 、y 和m 为已知参数，C 。为未知参数。 上层澄清液中S D B S 的

15、质量浓度C 。可参照文 献 9 中介绍的紫外一可见分光光度法测定。使用 u N I C O 公司的u v 2 1 0 0 型紫外一可见分光光度计测 试一系列质量浓度已知的S D B S 溶液的吸光度A ，所 测溶液质量浓度C 分别为O 0 5 一O 5 L ，入射光波 长A = 2 6 ln m 。图1 示出吸光度A 随S D B S 溶液质量 浓度C 变化的曲线。可看出，在该质量浓度范围 内，吸光度A 与s D B S 溶液质量浓度c 呈线性关系， 经s A s 软件拟合，该线性关系高度显著，其回归方 程为A = 0 0 1 13 5 c 。对于S D B S 质量浓度未知的上 层澄清液，只

16、需测出上层澄清液的吸光度A ，再利用 上述回归方程，即可算得上层澄清液中S D B S 的质 量浓度C 。，最后通过式( 1 ) 求得S D B s 在纳米C a c O ， 表面的吸附量r 。 0 6 O 4 飞 魁 栗 督O 2 O0 10 2O 3O 4O 5 S D B s 溶液质量浓度( 1 ( g L - 1 ) 图1吸光度随S D B S 溶液质量浓度的变化 F i g 1 m 舯r b 蛐c eV S 吐屺c o n c e r 山m t i o no fS D B S 2 结果与讨论 2 1 纳米C a C 0 3 表面的带电情况 图2 示出纳米C a c O ，直接分散于去

17、离子水中时 z e t a 电位与p H 值的关系。可看出，p H 值小于8 4 时，z e t a 电位值为正，且随着p H 值的增大，z e t a 电位 逐渐减小。这是因为z e t a 电位值为正，说明此时纳 米C a C O ，带正电，即纳米C a C O ，表面所带正电荷的 数目大于负电荷的数目；随着p H 值的增大，体系中 O H 一的浓度增大，O H 一会吸附在纳米C a C O ，表面带 正电的位置，使纳米C a C O ，表面所带正电荷数量减 小，从而使C a C O ，表面所带正电量减小，因此体系的 z e t a 电位减小。当p H 值增大到8 4 附近时，z e t

18、a 电 位减小到0 。这是因为O H 一在纳米C a C O ，表面的吸 附使纳米C a c 0 ，表面所带的正、负电荷数量相等，从 而使C a c O ，表面所带电量减小为o ，因此体系的z e t a 电位等于O 。当p H 大于8 4 时，z e t a 电位变为负值， 且随着p H 值的增大变得更低。这是因为当p H 值 继续增大时，0 H 。的浓度也继续增大，扩散作用使 O H 一进一步吸附到纳米C a C O ，表面带正电的位置， 使纳米C a C O ，表面所带负电荷数量大于正电荷数 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from

19、www.PDFWatermarkR to remove the watermark 7 4 纺织学报第2 8 卷 量，从而使C a c O ，表面带负电，且随着p H 值的增大 而变得更低，因此，Z e t a 电位变为负值且随着p H 的 增大变得更低。针对纳米C a C O ，在不同p H 值时的 带电情况，本文以下实验分别选取p H = 7 ( 纳米 C a C O ，带正电) 和1 1 ( 纳米C a C 0 ，带负电) 这2 种条 件进行研究。 图2 未加S D B S 时z e t a 电位随p H 值的变化 F i g 2 Z e t ap o t e n t i a lV Sp

20、 Hv a l u ew i t h o u tS D B S 2 2S D B S 在纳米C a C 0 3 表面的吸附量 图3 示出p H 为7 和1 1 时S D B S 在纳米C a c O ， 表面吸附的等温吸附线，温度为2 0 。可看出， S D B s 在纳米C a C O ，表面的吸附量随着S D B S 溶液质 量浓度的增大而增加。当质量浓度大于2g ，L 时，吸 附量基本不变，即S D B s 在纳米C a C 0 ，表面的吸附 达到饱和吸附。S D B S 在纳米C a C 0 ，表面吸附的过 程为：当S D B S 溶解于水后，部分S D B S 电离为R S 0 3

21、一( R = c H ，( C H 2 ) 。C 6H 6 ) 和N a + 2 部分，R S O ，一 通过静电吸引作用和扩散作用首先吸附到纳米 C a C O ，表面带正电的位置上；然后由于已吸附的R S O ，一的碳氢链与溶液中S D B S 或R S O ，的碳氢链 间的疏水作用，S D B S 或R s 0 ，一进一步吸附在纳米 C a C O ，表面。 ， I 曲 已 莲 瞄 0l234 S D B s 溶液质量浓度( g L 一) 图3s D B s 在纳米c a c 0 3 表面的等温吸附线 F i g 3 A d r p t i o ni s o t h e m so fS

22、D B So nn 卸o - 8 i z e dC a C o ， 图3 还显示，p H = 1 1 时的吸附量小于p H = 7 时 的吸附量，说明p H 值会影响S D B S 在纳米c a C O ，表 面的吸附。这是因为，当p H = l l 时，纳米C a C O ，表 面带负电，由于静电排斥作用阻碍了R S O ，一在纳米 c a c O ，表面的吸附，s D B S 在纳米C a C O ，表面的吸附 量减少；另外当p H 值增大时，分散体系中O H 一的浓 度增大，带负电的O H 一会和R s O ，一在纳米C a C O ，表 面带正电的位置产生竞争吸附，也降低了S D B

23、S 在 纳米C a C O ，表面的吸附量。 2 3 吸附S D B S 后体系Z e t a 电位的变化 2 3 1Z e t a 电位随S D B S 溶液质量浓度的变化 图4 示出分散体系的z e t a 电位随S D B S 溶液质 量浓度变化曲线，p H 值为7 和l l 。可看出，加入 s D B S 后，z e t a 电位均为负。当s D B S 溶液的质量浓 度在0 2g ，L 的范围内时，随着S D B S 溶液质量浓度 的增大，z e t a 电位的绝对值增大。这是因为加入 S D B s 后，如2 2 中所述，R S 0 ，一首先通过静电吸引 作用和扩散作用吸附到纳米C

24、 a c O ，表面带正电的位 置上，然后分散体系中剩余的R s O ，一通过与已吸附 R S O ，一之间碳氢链间的疏水作用吸附在纳米C a C O ， 表面，使得粒子表面电性反转而带负电( p H = 7 时) 或变得更低( p H = 1 1 时) ，且粒子表面所带负电量随 着吸附量的增加而增加，从而使z e t a 电位的绝对值 随着吸附量的增加而增大。因为此时S D B S 在纳米 C a c O ，表面的吸附量随着S D B S 溶液质量浓度的增 大而增加( 如图3 所示) ，所以随着S D B S 溶液质量浓 度的增大，z e t a 电位的绝对值增大。 E 趣 脚 一 苗 N

25、图4Z e t a 电位随s D B S 溶液质量浓度的变化 F j g 4Z e 恤p o t e n t i a lV Sc h ea m o u n to fS D B S 虽然当p H = l l 时，S D B S 在纳米C a C 0 3 表面的 吸附量小于p H = 7 时的吸附量( 见图3 ) ，但是由于 s D B s 的电离程度随着p H 值的增大而增大，吸附同 样量的S D B S ，在高p H 值时会电离出更多的R S 0 3 一，使纳米C a C O ，的带电量更大，因此p H = 1 l 时，分散体系的z e t a 电位也有较大的变化。当s D B S 笱 如 ：

26、2 m O O O O O 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期梁文玉等：十二烷基苯磺酸钠在纳米C a c 0 ，表面的吸附 7 5 溶液的质量浓度大于2g L 时，随着S D B s 溶液质量 浓度的增大，z e t a 电位的绝对值的变化很小，这是因 为此时S D B S 在纳米C a c O ，表面达到饱和吸附。 2 3 2 Z e t a 电位随p H 值的变化 图5 示出分散体系的z e t a 电位随p H 值的变化 曲线，

27、S D B S 溶液质量浓度为O 5 、1g ，L 。可看出，加 入S D B S 后，分散体系的z e t a 电位均为负，且z e t a 电 位的绝对值随着p H 值的增大先增大后减小，最后 基本保持不变。这是因为一方面如2 3 1 小节所 述，s D B S 的电离程度随着p H 值的增大而增大，吸附 同样量的S D B s ，在高p H 值时会电离出更多的 R S 0 3 一，使纳米C a C O ，的带电量更大，从而使体系 Z e t a 电位的绝对值增大；另一方面p H 值增大会降低 S D B S 在纳米c a c O ，表面的吸附量，使纳米c a c O ，的 带电量减小，从

28、而会使体系z e t a 电位的绝对值减 小，这2 方面原因的共同作用使分散体系的z e t a 电 位随着p H 值的增大出现如图5 所示的变化。 量 毯 曾 蔼 图5 加入S D B S 时压t a 电位随p H 值的变化 F i g 5Z e 扭p o t e m i a lV Sp Hw i t l lS D B S 2 4 吸附的稳定性 P m d i p 根据表面活性剂吸附的双电层理论，提 出了计算表面吸附自由能的关系式引： p H 呷= 1 0 3 9 c o e x p ( 一G ：R r ) ( 2 ) 式中：p H 正，为加入分散剂后等电点移动的p H 值单 位数；c 。为

29、分散剂在悬浮液中的浓度；G ：p 为吸附 自由能；R 为气体常数；r 为吸附条件下的绝对温 度。G ：为负，说明表面活性剂在粉体表面的吸附 是一个自发过程，该吸附较稳定。、 。 图2 显示不加分散剂s D B s 时，纳米C a C O ，的等 电点( z e t a 电位为0 时所对应的p H 值) 约为8 4 ； 图5 显示加入S D B S 后，分散体系的z e t a 电位均为 负，且z e t a 电位的绝对值随着p H 值的增大先增大 后减小，最后基本保持不变，z e t a 电位等于O 的情况 只能出现在p H 值小于7 的条件下，即加入S D B S 后 纳米C a C 0 ，

30、的等电点小于7 0 ，因此加入S D B s 后， 等电点移动的p H 值单位数大于1 4 。S D B s 质量浓 度为o 5 、1g L 时，利用公式( 2 ) 可算得G ：分别小 于一6 8 4 5R r 和一6 1 5 2 尺r ，吸附能均为负，说明 S D B S 在纳米C a c O ，表面的吸附是一个自发过程， S D B s 与纳米c a c 0 ，表面有较强的亲和性，因此 S D B S 在纳米c a c O ，表面的吸附是比较稳定的。 3结论 1 ) s D B s 可以吸附在纳米C a C O ，表面，吸附量随 着s D B s 溶液质量浓度的增大而增加；当质量浓度 大于

31、2g L 时，吸附量基本不变，S D B s 在纳米C a C O ， 表面的吸附达到饱和吸附。 2 ) p H 值对吸附量有一定影响，由于静电排斥作 用和O H 一与R S O 。一之间的竞争吸附，p H = 7 时的吸 附量大于p H = 1 1 时的吸附量。 3 ) 纳米c a c 0 ，表面吸附S D B S 后，分散体系的 z e t a 电位变化很大。 4 ) S D B S 在纳米C a C O ，表面的吸附过程是一个 自发过程，s D B s 在纳米C a C O ，表面的吸附是比较稳 定的。靴蹦 参考文献： 1 吴敏，程秀萍，葛明桥纳米添加剂对纺织浆料浆膜 性能的影响 J 纺

32、织学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 4 ) ：7 0 7 2 2 吴敏，程秀萍，葛明桥纳米s i 0 2 的分散研究 J 纺 织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 4 ) ：8 0 一8 2 3 王浩，林红，黄晨，等纳米z n 0 分散液的制备及其在 棉织物上的应用 J 纺织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 9 ) ：4 0 4 2 4 高濂，孙静，刘阳桥纳米粉体的分散及表面改 性 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 4 ：1 5 7 5 c h e nJ i a f 如n g ，H eT a o b o ，w uw e i ，e t8 1 A d r p t i o n0 f s o

33、d i 岫s a l lo fp o l y ( a c r y h c ) a c i d ( 队A N a ) o nn a n o - s i z e d C a C q 柚dd i s p e 玛i o no f 眦I 睁s i z e dC a C 0 ，i 1 1w a t e r J c o U o i 也卸ds u 由c 鹤A ：P h y s i c o c h e mE I l gA 印e c t 8 ，2 0 0 4 ( 2 3 2 ) ：1 6 3 一1 6 8 6 】李景国，高濂，郭景坤聚丙烯酸铵在纳米氮化钛上 的定量吸附研究 J 无机材料学报，2 0 0 2 ，1

34、7 ( 2 ) ： 2 4 2 2 4 6 7 u u 如s h e n g c 帆g ，X i H a n 茄n g ，Y u p i I l g E 如c t0 fM A - N ac o p o l y m e ra d s o r p t i o no nt l ec o U o i d a ls t a b i l i t yo f 姗o s i z e dz n 0 肌s p e m i 【J j M a t e 血1 8k n 玎，2 0 0 5 ，5 9 ： 洲一3 钙r 7 8 葛明桥，梁文玉，李永贵纳米C a c 0 3 在水中的分 散 J 纺织学报，2 0 0 7 ，2

35、8 ( 1 ) ：6 3 6 7 9 王文波，刘玉芬，申书昌表面活性剂实用仪器分 析 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 3 ：1 0 9 1 0 S m t l l i y aD ，s I I b 偶脚n i 锄S ，N a t a m j 锄KA ，e ta 1 s I l r h c e c h 谢c a ls t 砌器帆t h e 伽卿t i v e 龇I s D r p 妇0 fp o l y ( r y l i c a c i d ) 卸d 叫y ( y i l l y la 训) 硼l oa l u J I l i m J J 伽l a l0 f C 0 u o i da r l dI n 蛔妇c eS c i e n c e ，1 9 9 9 ( 2 1 6 ) ：1 4 3 一1 5 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark