煤氣凈化吸收劑醇類表面張力測定分析

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 克什克騰旗 025350）

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表面張力是工業(yè)上和日常生活中都非常重要的數(shù)據(jù)。研究溫度對醇類表面張力的影響，選用威廉米吊片法對甲醇、無水乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-庚醇這六種醇在20°C-60°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行其表面張力數(shù)值的測定，為煤氣凈化吸收劑的多重選擇尋找理論依據(jù)。數(shù)據(jù)表明，這六種醇在20°C-60°C的溫度范圍，每一種醇的純液體表面張力都隨溫度的升高而呈直線下降現(xiàn)象；相同溫度下，醇表面張力的大小依次為乙醇＜甲醇＜ 1-丙醇＜ 1-丁醇＜ 1-戊醇＜ 1-庚醇；醇類密度隨溫度的變化趨勢和醇類表面張力隨溫度變化趨勢相同。

伯醇；表面張力；溫度

1 表面張力的意義

表面張力是表征氣體-液體界面現(xiàn)象，研究流體界面張力[1]的重要參數(shù)，在精細(xì)化工的表面活性劑研究方面[2]（膠黏劑工業(yè)、涂料工業(yè)、軍事工業(yè)、尖端技術(shù)工業(yè)）有重要的應(yīng)用價(jià)值，如：特殊印刷線路板電鍍中電鍍電極是否與鍍液接觸良好和鍍液表面張力有很大關(guān)系。另外在煤化工領(lǐng)域亦有重要的應(yīng)用價(jià)值，如甲醇在氣體凈化[3]中（脫除天然氣中的CO2以及H2S）的應(yīng)用：低溫甲醇洗滌法Rectisel（德國魯奇公司開發(fā)）。醇類的表面張力數(shù)據(jù)在相關(guān)的化學(xué)品物性數(shù)據(jù)手冊中較少。通過全自動(dòng)表面張力儀（BZY—1）（上海衡平儀器儀表廠），測定甲醇、無水乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-庚醇這六種純液體的表面張力（空氣-醇界面張力），為醇類的氣-液界面理論研究以及醇類在煤化工領(lǐng)域的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 威廉米吊片法簡介

威廉米吊片法測定表面張力時(shí)，將一個(gè)薄片如鉑金片、云母片或毛玻璃片等懸掛于液體之上，使其剛好與液面接觸。此時(shí)薄片受到液體的表面張力，受力不平衡，為維持原本的位置，就必須施加一個(gè)向上的拉力P，此力與表面張力大小相同、方向相反?？梢杂上率接?jì)算表面張力γ：

式中，P為測定的拉力，用扭力絲測定；l為片長，以厘米為單位；d為片厚，以厘米為單位；θ為接觸角（約90°）。

此公式也可以測定表面張力的近似值：由于吊片很薄，厚度可以忽略不計(jì)，而且接觸角θ認(rèn)為絕對等于90°，則cosθ=1，所以上式又可寫為：

3 威廉米吊片法在本實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)勢

本次實(shí)驗(yàn)中需要快速地測定多種藥品的多個(gè)溫度點(diǎn)的表面張力數(shù)值。毛細(xì)管上升法在操作上較為繁瑣，因而不能在短時(shí)間內(nèi)測定一系列藥品的表面張力數(shù)值。

由于我們測定的是氣-液界面，需要很短的單次測量時(shí)間，否則液面的溫度變化劇烈。環(huán)法在測定表面張力時(shí)氣-液界面溫度變化劇烈，所測數(shù)值不是液體在之前所測溫度下的準(zhǔn)確數(shù)值。

對于威廉米吊片法理論基礎(chǔ)的全自動(dòng)表面張力儀：

（1）本次實(shí)驗(yàn)中，儀器本身不參與調(diào)整液體的溫度，只需將一系列要測的液體放在干凈的測量皿中，然后置于恒溫裝置中，最后由全自動(dòng)表面張力儀直接測出數(shù)據(jù)，這樣可以在很短時(shí)間內(nèi)測定單個(gè)樣品的數(shù)據(jù)，較短時(shí)間可測定整個(gè)系列的測量值。

（2）每次測定一個(gè)溫度點(diǎn)下一系列樣品時(shí)（如30°C時(shí)甲醇至1-庚醇的全部藥品），操作條件和環(huán)境相同，避免在同等條件下由于測量樣品次數(shù)的增多而帶來環(huán)境變化或者操作條件人為的變化而引入的誤差。

（3）儀器傳感器反應(yīng)靈敏，精度高，有良好的重復(fù)再現(xiàn)性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很準(zhǔn)確。

（4）實(shí)驗(yàn)儀器操作簡便，無需任何外接電腦控制。

（5）機(jī)器自身原因的誤差小。

所以本實(shí)驗(yàn)采用基于威廉米吊片法理論基礎(chǔ)的全自動(dòng)表面張力儀（BZY-1）進(jìn)行界面張力的測定。

4 本實(shí)驗(yàn)被測對象

名 稱 分子量 顏 色 形態(tài) 毒性 味 特性 熔點(diǎn)℃ 沸點(diǎn)℃甲醇 32.04 無 液 √ 果香 易燃 -97.7 64.7乙醇 46.07 無 液 × 果香 易燃 -114.4 78.29 1-丙醇 60.10 無 液 × 酒香 麻醉 -126.2 97.2 1-丁醇 74.12 無 液 × 刺激 麻醉 -89.3 117.66 1-戊醇 88.15 無 液 × 刺激 麻醉 -78.2 137.8 1-庚醇 116.20 無 液 × 芳香 無 -34.0 176.3

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 醇類在不同溫度下的表面張力趨勢

表1 醇類在不同溫度下的表面張力

圖1 在不同溫度下醇類的表面張力變化趨勢

圖2 在相同溫度下的醇類表面張力排布趨勢

由圖1 可以看出，隨著溫度增大，實(shí)驗(yàn)所測的醇類的表面張力均呈直線下降的趨勢。由圖2 可以看出，隨著溫度增大，實(shí)驗(yàn)所測的醇類的表面張力均下降；在相同溫度下，醇類的表面張力的大小為：乙醇＜甲醇＜1-丙醇＜1-丁醇＜1-戊醇＜1-庚醇。

5.2 醇類密度與醇類表面張力

表2 醇類在不同溫度下的密度和表面張力

由表2 可以很明顯地看出醇系列的密度曲線及其表面張力曲線有十分相似的變化趨勢，表明醇類的表面張力值與其密度值有很大的相關(guān)性。

5.3 醇類表面張力變化趨勢

表3 醇類表面張力γ/（mN/m）測定數(shù)據(jù)表格

圖3 醇類表面張力隨溫度變化的程度

由圖3，擬合醇類表面張力數(shù)據(jù)直線。用直線的斜率k值的絕對值表示表面張力隨溫度變化的劇烈程度。上圖中k值絕對值：乙醇＞1-丙醇＞1-戊醇＞1-丁醇＞1-庚醇＞甲醇

6 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)所測的試劑為六種分析純的伯醇：甲醇，乙醇，1-丙醇，1-丁醇，1-戊醇，1-庚醇。對此六種試劑不同溫度下的表面張力值的測定和分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）純液體醇的表面張力隨溫度變化，試驗(yàn)中每一種醇表面張力測定值都隨溫度的升高而呈直線下降趨勢（在擬合的曲線中，直接表述為直線的斜率k）。

由于不同液態(tài)醇類的液態(tài)性質(zhì)不同，其表面張力變化的程度如下表4：

表4

（k值表示表面張力隨著溫度變化的劇烈程度，ΔγS 表示某溫度區(qū)間表面張力的最大差異值）

（2）相同溫度下，醇表面張力的大小為：乙醇＜甲醇＜1-丙醇＜1-丁醇＜1-戊醇＜1-庚醇；

（3）醇系列的密度曲線及其表面張力曲線有十分相似的變化趨勢，表明醇類的表面張力值與其密度值有很大的相關(guān)性。

[1]付東.表面活性劑體系表面張力和界面張力的分子熱力學(xué)研究[D].北京：清華大學(xué),1999.

[2]劉程等編著.表面活性劑應(yīng)用手冊[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版，2004.

[3]姚強(qiáng)等.潔凈煤技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：217.

煤氣凈化吸收劑醇類表面張力測定分析

武 蒙

武蒙（1984—），男，河北保定人，工學(xué)學(xué)士，研究方向：煤化工、化工模擬技術(shù)。