界面活性劑增溶效應之應用

1. 界面活性劑增溶效應之應用 授課老師: 吳文海 教授 研究生 : 甘宜婷 報告日期 :2009/11/30 南台化材

2. 大鋼 • 增溶作用的定義和特點 • 增溶作用的方式 • 增溶作用的主要影響因素 • 增溶效應的應用 • 參考資料 南台化材

3. 增溶作用的定義和特點 • 定義 • 所謂增溶作用是指：界面活性劑微胞(micelle)的存在，使得溶液中難溶或不溶的物質溶解度顯著增加的作用。 • 增溶作用的基礎是微胞(micelle)的形成，界面活性劑濃度越大，形成的微胞(micelle)越多，難溶物或不溶物溶解得越多，增溶量越大。 • 界面活性劑濃度達到CMC(Critical Micelle Concentration) 以後，溶質的溶解度顯著提高，並隨表面活性劑濃度的增大而增大。 南台化材

4. 界面活性劑達CMC後，對溶解能力、表面張力的改變。界面活性劑達CMC後，對溶解能力、表面張力的改變。 南台化材

5. 特點 • 增溶作用可使被增溶物的化學勢降低，使體系更加穩定，是自發進行的過程。 • 與普通的溶解過程不同，增溶後溶液的沸點、凝固點和滲透壓等沒有明顯的改變。 • 溶質並非以分子或離子的形式存在，而是以分子團簇分散在表面活性劑的溶液中。 • 由於界面活性劑用量很少，沒有改變溶劑的性質，增溶作用與使用混合溶劑提高溶解度不同。 • 與乳化作用不同，增溶後沒有新增的兩相介面的存在，是熱力學穩定體系。 南台化材

6. 增溶作用的方式 • (1)非極性分子在微胞內核的增溶： 如飽和脂肪烴、苯等不易極化的非極性有機化合物。 界面活性劑 非極性分子 南台化材

7. (2)在界面活性劑分子間的增溶： 對於分子結構與界面活性劑相似的極性化合物，如長鏈的醇、胺、脂肪酸和極性染料等兩親分子，則是增溶於微胞的“柵欄”之間。被增溶物的非極性碳氫插入微胞內部，極性頭插入表面活性劑極性基之間。 界面活性劑 被增溶物 南台化材

8. (3)在微胞表面吸附增溶： 對於既不溶于水，也不溶於油的小分子極性化合物在微胞表面的增溶。 界面活性劑 極性化合物 南台化材

9. (4)聚氧乙烯醚間的增溶： 以聚氧乙烯基為親水基團的非離子表面活性劑，通常將被增溶物包藏在微胞外層的聚氧乙烯鏈中，以這種方式被增溶的物質主要是較易極化的碳氫化合物，如苯、乙苯、苯酚等短鏈芳香烴類化合物。 聚氧乙烯醚 被增溶物 南台化材

10. 上述四種形式的微胞(micelle)增溶作用對被增溶物的增溶量是不同的，按下列順序遞減：④＞②＞①＞③上述四種形式的微胞(micelle)增溶作用對被增溶物的增溶量是不同的，按下列順序遞減：④＞②＞①＞③ 南台化材

11. 增溶作用的主要影響因素 • (1)界面活性劑的化學結構： 化學結構不同，增溶能力不同。 a. 具有相同親油基的界面活性劑，對烴及極性有機物的增溶作用大小作用順序一般為：非離子＞陽離子＞陰離子 非離子界面活性劑臨界微胞濃度較小，微胞易形成，因此微胞聚集數大，增溶作用較強；陽離子界面活性劑的微胞比陰離子界面活性劑的微胞有較疏鬆的結構，因此增溶作用比後者強。 南台化材

12. b.微胞(micelle)越大，對於增溶到微胞(micelle)內部的物質增溶量越大，表面活性劑同系物中，微胞(micelle)的大小隨碳原子數的增加而增加（包括非離子）。b.微胞(micelle)越大，對於增溶到微胞(micelle)內部的物質增溶量越大，表面活性劑同系物中，微胞(micelle)的大小隨碳原子數的增加而增加（包括非離子）。 c.親油基部分帶有分支結構的界面活性劑增溶作用較直鏈的小。 d.帶不飽和結構的界面活性劑或在活性劑分子上引入第二活性基團時，對烴類的增溶作用減小，因此對增溶於微胞內部的烴類的增溶能力降低。 直鏈型的界面活性劑臨界微胞濃度較分支的低，微胞易形成，微胞聚集數越大。 由於極性基團之間的電斥力作用，使微胞“柵欄”的界面活性劑分子排斥力增加，分子間距離增大，有更大的空間使極性物分子插入，因此對其增溶能力增加。 南台化材

13. (2)被增溶物的化學結構： a.脂肪烴與烷基芳烴被增溶的程度隨其鏈長的增加而減少，隨不飽和度和環化程度的增加而增大。 b.帶支鏈的飽和化合物與相應的直鏈異構體的增溶量大致相同。 c.烷烴的氫原子被羥基、氨基等極性基團取代後，其被界面活性劑增溶的程度明顯增加。 南台化材

14. (3)溫度的影響： • ①影響微胞的形成 • ②影響增溶物的溶解 • ③影響界面活性劑的溶解度 • a.離子型界面活性劑，溫度升高，界面活性劑分子熱運動加劇，使微胞中能發生增溶作用的空間加大，對極性和非極性化合物的增溶程度增加。 • b.在有聚氧乙烯基的非離子界面活性劑，溫度升高，聚氧乙烯基與水分子之間的氫鍵遭破壞，水化作用減小，微胞易形成，聚集數增加，溫度升至濁點附近，增溶明顯。 南台化材

15. (4)添加無機電解質的影響： • 離子型界面活性劑溶液中添加少量無機電解質可增加烴類化合物的增溶程度，但卻使極性有機物的增溶程度減少。 • 無機鹽加入，離子型界面活性劑的cmc降低，微胞聚集數增加，微胞變大，使得增溶於微胞內部的烴類化合物的增溶程度增加；另一方面，電解質使微胞“柵欄”分子間斥力下降，形成微胞的界面活性劑分子排列得更加緊密，從而減少了有機化合物在“柵欄”中增溶空間，使其溶量減少。 南台化材

16. (5)有機物添加劑的影響： • 添加烴類等非極性化合物，會使其增溶於界面活性劑微胞內部，使微胞脹大，有利於極性有機物插入微胞的“柵欄”中，即提高了極性有機物的增溶程度；反之，添加極性有機物後，增溶於微胞的“柵欄”中，使非極性碳氫化合物增溶的空間變大，增溶量增加；但有時，增溶了一種極性有機物，會使界面活性劑對另一種極性有機物增溶程度降低。 南台化材

17. 增溶效應的應用 • (1)焚化廠廢氣中多環芳香烴（PAHs）化合物防治： PAHs 屬於半揮發性溶解性極低的疏水性多環有機化合物，利用界面活性劑對於疏水性有機化合物具有增溶的效應，來處理多環芳香烴化合物（PAHs）在焚化爐廢氣中氣相有機毒性的污染。 南台化材

18. (2)應用於餐飲業油煙廢氣洗滌之處理： • 界面活性劑對油煙之增溶效應，可有效處理餐飲業油煙廢氣以及臭味。 • (3)處理含氯有機物污染之地下水： • 當界面活性劑濃度高於臨界微胞濃度時，界面活性劑會造成水溶液中疏水性有機物分佈係數(partition coefficient)的改變，界面活性劑微胞會將疏水性有機物包覆於微胞中心，故可增加疏水性有機物溶解度，去除地下水中之含氯有機物。 南台化材

19. (4) NAPL污（Non-aqueous Phase Liquid）染整治： • 因石油產品或有機化學品滲漏，造成土壤及地下水的污染，包括：汽油、柴油、燃料油、苯類化合物、含氯有機溶劑等，多為疏水性液體，且在水中僅具微溶性。因此，當滲入地下環境後，常形成NAPL（Non-aqueous Phase Liquid），即所謂非水液相。 • 利用界面活性劑之增溶效應，使NAPL形成微胞（Micelle），並溶入地下水流。 南台化材

20. (5)乾洗劑的增溶作用： • 為了提高乾洗的洗滌品質，利用增溶技術把界面活性劑加入到乾洗劑中，優點有： 增強溶劑浸透織物的能力。 促進固體污垢從織物上脫落。 水被增溶進來，從而促進水溶性污垢的去除。 避免織物泛黃。 南台化材

21. 參考資料 • 【1】多環芳香族碳氫化合物控制技術之研究-界面活性劑增溶效應之應用，李慧梅， 國立台灣大學環境工程學研究所，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。 • 【2】毒性空氣汙染物多環芳香烴化合物控制技術之研究-非離子界面活性劑增溶效應之應用，李慧梅， 國立台灣大學環境工程學研究所，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。 • 【3】利用整治列車系統處理含氯有機物污染之地下水，蔡在唐，國立中山大學環境工程研究所，台灣土壤及地下水環境保護協會專題報導。 • 【4】NAPL污染整治技術及法規標準簡介，中興工程顧問股份有限公司 技術經理 習良孝、工程師 潘時正，經濟部工業局技術報導。 • 【5】餐飲油煙廢氣洗滌處理設備開發及效能評估之研究，鄭鑫漢，國立雲林科技大學環境與安全衛生工程系碩士班。 • 【6】中華洗網，http://www.chinawashing.com/News/?id=25017 • 【7】維基百科，自由的百科全書。 南台化材

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23. 補充資料 • 化學勢 在熱力學和統計力學中，化學勢（chemical potential,μ）代表在一個體系內加入一個額外粒子所需要的能量。它等於體系的總吉布斯自由能（Gibbs free energy,G）除以體系粒子總數(N)。 南台化材