专利名称：测定液液两相界面表面电位的方法
技术领域：
本发明涉及化学工程技术领域，具体而言，涉及一种测定液液两相界面表面电位的方法。
背景技术：
表面电位是分散液滴表面带有电荷而吸引周围相反电荷属性的离子，这些相反电荷属性的离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。根据斯特恩双电层理论可将双电层分为两部分，即斯特恩层和扩散层。当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为表面电位。即表面电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。其重要意义在于它的数值 与胶态分散的稳定性相关。表面电位是对颗粒或液滴之间相互排斥或吸引力的强度度量。分散液滴越小，表面电位(正或负)越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，表面电位(正或负)越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。在非理想混合的情况下，两相混合会产生一些小液滴，即使采用离心分离，这个过程分相也极其困难。由于不完全相分离造成了昂贵的溶剂以油水乳液的形式损失，同时造成环境污染。乳化的产生也造成下游过程处理加工复杂化。如电沉积过程对痕量有机物十分敏感，电解液中存在的有机物将对电极造成极大的损害。微分散过程具有大比表面积、小的扩散距离和窄的停留时间分布等优点，然而，微分散液滴时常会出现一些极小的液滴，在相同的停留时间内将无法有效的相分离。近年来涉及的领域还包括生物、胶体、纳米材料、石油化工、酿造、陶瓷、制药、药品、矿物处理和水处理等，特别是通过表面电位表征液液两相稳定性方面。目前测量表面电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法，其中以电泳法应用最广。液液微分散法制备微分散液滴是最近几年才出现的一种制备尺寸均一、可控液滴的有效方法，当前液液微分散法制备微分散液滴都只是将其应用于物质含量的检测方面，或者用于纳米颗粒和微球的制备。而当前表面电位的测量首先进行液滴的制备主要通过高速均化法、膜分散法、搅拌法，这些方法制备微分散液滴所需的设备较为复杂，耗费时间长。同时，为了稳定所制备液滴，需要加入一定量的表面活性剂，造成表面电位的测量受到干扰，获得不准确的结果。此外，在表面电位测量过程中，影响表面电位的因素有很多，主要包括疏水溶剂表面的功能基团作用需要考虑疏水溶剂的选择；由于分散剂的功能基团对表面电位的影响，需要考虑亲水性分散剂的选择；根据表面电位形成理论，离子强度的大小与双电层的厚度相关，表面电位的测定需要确定离子强度大小；离子价态与界面处的功能基团的相互作用需要考虑离子类型；还需要考虑制备液滴的大小和停留时间。因此，为了快速和准确获得液液两相液滴的表面电位，往往需要经过大量实验，筛选各种条件。并且在一些测定过程中，往往有很多物质需要检测，需要通过多次实验才能获得，如测定不同亲水溶剂对液液两相液滴表面电位的影响，需要制备多批次稳定且粒径均一的液滴，这个过程需要花费大量的时间，且需要加入表面活性剂稳定液滴群。所以目前迫切需要出现一种能够准确、经济有效地测定表面电位的方法。
发明内容
本发明旨在提供一种测定液液两相界面表面电位的方法，以解决现有技术中测定表面电位时影响因素太多、耗费时间太长及测量结果不准确的技术问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种测定液液两相界面表面电位的方法，包括以下步骤亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂形成混合溶液；通过液液微分散法将混合溶液注入离子强度为0. 0001m mol/L 100m mol/L的水溶液中，搅拌，得到微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到液液两相界面的表面电位。进一步地，疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合形成所述混合溶液。
进一步地，在将混合溶液注入水溶液之前还包括对混合溶液进行超声脱气的步骤。进一步地，亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种；疏水性有机溶剂为己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。进一步地,水溶液选自氯化钾水溶液、氯化镁水溶液和氯化钠水溶液中的一种或多种。进一步地，在将微分散液滴乳液送入电场中之前还包括用酸和/或碱调节微分散液滴乳液的PH为4 10。进一步地，酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；碱为氢氧化钠和/或
氢氧化钾。进一步地，疏水性有机溶剂的摩尔浓度为5X 10-4mol/L 70 X 10_4mol/L。进一步地，混合溶液与水溶液的体积比为I : 1000 I : 10。本发明通过液液微分散法制备微分散液滴乳液，在电场作用下测定微分散液滴乳液的电泳淌度，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的表面电位。本发明为液液两相界面的表面电位提供了一种快速、准确、经济且有效的方法，避免了表面活性剂对界面电荷的影响。该方法适合应用于各种溶液以及不同黏度体系的溶液，被广泛应用于石油、化工中溶液离子强度的测定。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I示出了根据本发明典型实施例的采用多组错流微通道混合器来制备微分散液滴乳液的流程结构示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明的一种典型实施方式，测定液液两相界面表面电位的方法包括以下步骤亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂形成混合溶液；通过液液微分散法将混合溶液注入离子强度为0. 0001m mol/L 100m mol/L的水溶液中，搅拌，得到微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到液液两相界面的表面电位。本发明通过液液微分散法制备微分散液滴乳液，在电场作用下测定微分散液滴乳液的电泳淌度，根据电泳淌度的数值得到微分散液滴乳液的表面电位。本发明为液液两相界面的表面电位提供了一种快速、准确、经济且有效的方法，避免了表面活性剂对界面电荷的影响。该方法适合应用于各种溶液以及不同黏度体系的溶液，被广泛应用于石油、化工中溶液离子强度的测定。 液液微分散法制备的微分散液滴具有尺寸均一且可控等优点，原理是通过溶质在两相之间的溶解度差，将溶质富集于油相中。一般微分散液滴的制备主要采用高速均化法、膜分散法或搅拌法等，采用上述方法制备微分散液滴耗费时间较长且制备所需的设备都较为复杂。根据本发明的一种优选实施方式，疏水性有机溶剂与亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合形成混合溶液。按照上述比例混合能够得到分散性较好的混合溶液。制备时可以将混合溶液直接注入盛放有水溶液的收集皿3中，直接注入法操作简单且方便，除此外还有其他的混合方式，比较典型的如图I所示，图I示出了采用具有多组错流微通道混合器来制备微分散液滴乳液的流程结构示意图。从图I可以看出，将亲水性有机溶剂与疏水性有机溶剂形成的混合溶液装入注射泵11中，将水溶液装入另一个注射泵12中，在注射泵11和注射泵12的驱动下，混合溶液与水溶液在多组错流微通道混合器2中混合，形成液滴，液滴继续向前流入收集皿3中，最后到达电泳测量池4，在一定电压下测量其运动速率。由于两种有机溶剂在水溶液中的亲疏水性质不同，利用液液溶解度差及微流体分散耦合的技术，亲水性有机溶剂很快溶于水溶液的水中，而疏水性有机溶剂快速析出，形成粒径均一的乳液。现有技术中采用微流体技术制备微分散液滴乳液的技术已较为成熟，但是现有技术中的分散方法只利用了错流作用力，形成微分散液滴，而没有充分利用微流体设备传质速率高的优点进行微分散的液滴的制备。本发明采用图I所示的多组错流微通道混合器，充分利用微流体设备传质速率高的优点，得到了分散均匀的微分散液滴乳液。此处的微流体设备是指注射泵11和注射泵12、多组错流微通道混合器2和收集皿3。本发明制备微分散液滴乳液的方法比较简单，不需要大型仪器和设备，因而成本较低，操作时只需利用注射泵11和注射泵12就可以将混合溶液快速注入水溶液中。制备过程时间较短，只需要I秒钟，所制备的液滴粒径分布窄，变异系数值小，且液滴尺寸大小均一可控。此外，通过液液微分散法制备的纳米乳液和微乳液均匀分散在溶液中稳定存在10天以上。根据本发明的一种优选实施方式，在将混合溶液注入水溶液之前还包括对混合溶液进行超声脱气的步骤。由于在整个微分散液滴乳液的制备过程中均采用氮气气氛进行保护，超声脱气一方面保证了保护气氛的纯度，另一方面通过超声脱气得到了均相溶液。将超声脱气后得到的均相溶液用注射泵11快速注入到盛有水溶液的收集皿3中，形成稳定的乳液，所有操作过程均快速完成。该过程中既利用了液液两相溶解度差形成液滴，也利用了微流体设备传质速率高进一步强化分散过程。在实际操作中，先用超纯水和乙醇将收集皿和电泳测量池反复清洗三次，然后自然晾干。将微分散液滴乳液送入电泳测量池中，在电场的作用下微分散液滴乳液朝着与液 滴所带电荷极性相反的方向移动，液滴所带电荷数量越多，移动速度越快。在操作时保持仓内温度恒定在室温，激光强度自动调节，每种微分散液滴乳液测量三次，取电泳淌度的平均值。一般水溶液的离子强度为0. 0001m mol/L 100m mol/L。此处的水溶液是指能够进行电离且含有水的溶液，包括但不限于无机盐水溶液、高分子水溶液等。该水溶液一般由超纯水和盐混合，超声脱气5分钟，得到均相的盐溶液。将水溶液的离子强度限定在上述范围内有利于准确地测定微分散液滴乳液的电泳淌度值。根据本发明的一种典型实施方式，亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种；疏水性溶剂为己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、i^一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。本发明优选但并不局限于上述亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂，只要两者混合能形成混合溶液即可。本发明优选上述亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂是考虑到它们相互之间的溶解度，上述的亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂相互混合具有获得和测试方便的优势。优选地,水溶液选自氯化钾水溶液、氯化镁水溶液和氯化钠水溶液中的一种或多种。本发明优选但不局限于上述的氯化钾、氯化镁和氯化钠水溶液，其他的可电离出离子的溶液例如高分子水溶液等也可以。根据本发明的一种优选实施方式，在将微分散液滴乳液送入电场中之前还包括用酸和/或碱调节微分散液滴乳液的pH为4 10。进一步优选地，酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。本发明优选但并不局限于上述酸和碱，受到测定仪器的限制，优选将微分散液滴乳液的pH控制在4 10之间，在较高或较低的PH条件下测量电泳淌度值极易超出仪器的测量范围，无法得到准确的结果。将pH调节在4 10的范围内可以准确地得到不相容的液液两相界面的表面电位。优选地，疏水性有机溶剂的摩尔浓度分别为5X 10_4mol/L 70 X 10_4mol/L，将疏水性有机溶剂的摩尔浓度控制在上述范围内是因为该摩尔浓度下的疏水性有机溶剂具有与亲水性有机溶剂混合效果较好，具有获得和测试方便的优势。进一步优选地，混合溶液与水溶液的体积比为I : 1000 I : 10。将混合溶液与水溶液的体积比控制在上述范围内混合可以得到分散性较好的微分散液滴乳液，便于测试。下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果
实施例I配制混合溶液将十二烷(摩尔浓度为5X10_4mol/L)与甲醇按照质量百分比I 1000混合，得到混合溶液，之后超声脱气5分钟，得到均相的混合溶液。配制水溶液由纯水与氯化钾混合，超声脱气5分钟，得到离子强度为0. OOOlmmol/L的氯化钾溶液；制备微分散液滴乳液将均相的混合溶液注入注射泵11中，将体积 为均相混合溶液1000倍的氯化钾溶液注入到另外的一个注射泵12中，将注射泵11和注射泵1 2与多组错流微通道混合器2的两个入口相连通，在注射泵11和注射泵12的驱动下， 均相的混合溶液与氯化钾溶液在混合器内混合，得到稳定的微分散液滴乳液，为了减少液滴团聚对检测结果的影响，上述操作均在一秒内完成。将微分散液滴乳液置入收集皿3内，用盐酸调节微分散液滴乳液的PH为4，得到微分散液滴乳液，将微分散液滴乳液放入电场中，测定电泳淌度值。由于电泳淌度与表面电位具有y = 17. 251x的关系式，所以根据电泳淌度的值X得到与之对应的表面电位的值y。数据见表I。表I
权利要求
1.一种测定液液两相界面表面电位的方法，其特征在于，包括以下步骤 亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂形成混合溶液； 通过液液微分散法将所述混合溶液注入离子强度为0. OOOlm mol/L 100m mol/L的水溶液中，搅拌，得到微分散液滴乳液； 将所述微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及 根据所述电泳淌度的数值得到所述液液两相界面的表面电位。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述疏水性有机溶剂与所述亲水性有机溶剂按照质量百分比I : 1000 6 1000的比例混合形成所述混合溶液。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在将所述混合溶液注入所述水溶液之前还包括对所述混合溶液进行超声脱气的步骤。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其特征在于， 所述亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、甲酸、乙酸和丙酸中的一种或多种； 所述疏水性有机溶剂为己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、i^一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、环i^一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一种或多种。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述水溶液选自氯化钾水溶液、氯化镁水溶液和氯化钠水溶液中的一种或多种。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在将所述微分散液滴乳液送入电场中之前还包括用酸和/或碱调节所述微分散液滴乳液的pH为4 10。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸为盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的一种或多种；所述碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述疏水性有机溶剂的摩尔浓度为5 X 10 4mol/L 70 X 10 4mol/L。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述混合溶液与所述水溶液的体积比为I 1000 I : 10。
全文摘要
本发明公开了一种测定液液两相界面表面电位的方法。其包括以下步骤亲水性有机溶剂和疏水性有机溶剂形成混合溶液；通过液液微分散法将混合溶液注入离子强度为0.0001mmol/L～100m mol/L的水溶液中，搅拌，得到微分散液滴乳液；将微分散液滴乳液送入电场中测定电泳淌度；以及根据电泳淌度的数值得到液液两相界面的表面电位。本发明为液液两相界面的表面电位提供了一种快速、准确、经济且有效的方法，避免了表面活性剂对界面电荷的影响。该方法适合应用于各种溶液以及不同黏度体系的溶液，被广泛应用于石油、化工中溶液离子强度的测定。
文档编号G01N27/447GK102706951SQ20121017576
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者吴勇, 吴月芳, 夏婷婷 申请人:中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神华集团有限责任公司