第6章不溶性单分子膜汇编.ppt

第6章 不溶性单分子膜 膜材料、制膜技术和膜技术的应用迅速发展，其中以膜分离为主的膜和膜应用是一种新颖分离技术，它将对工业技术改造起着重要的战略作用。 许多国家相继开展了这方面的研究和开发作，并取得明显的经济效益，1990年的国际膜市场达77.92亿美元，1990年世界分离膜的从产值已达22亿美元，并以年递增12％－14％的速度继续发展。 自50年代开始建立膜工业以来，每年都有一种新的膜工艺得工业应用。50年代开发了微滤膜和离子交换膜，60年代是反渗透膜，70年代使用了超滤膜， 80年代发展了体分离膜应用，90年代为渗透汽化膜。膜分离与其它过程相结合的杂化膜过程，也得到重视和发展。 随着膜分离技术、LB膜技术、功能膜、生物模拟膜的开发与应用，膜科学迅速发展。 本章将介绍最基础的不溶性单分子膜。 6.1 不溶性单分子膜的形成 在水面上形成单分子膜的物质有：羟基-OH、羧基-COOH以及-COO-、-NH3+、C6H4OH、-CN、-NH2等碳原子在14～22之间的长链脂肪族化合物；含-SO3-和-N(CH3)3+等强极性基团的碳原子在22以上的长链型分子或其他碳链中含有多元环的化合物。 对铺展液的要求： ①对成膜物质有足够的溶解能力，使成膜物质能在其中形成分子分散的溶液； ②在底液上有好的铺展能力，所制成的铺展溶液在底液上的铺展系数有较大的正值； ③密度较低，形成铺展液的密度应小于底液的密度； ④易挥发。不会残留于单分子膜中，不影响底液的性质，从而不影响膜的稳定性。 6.2 不溶性单分子膜的性质 6.2.2 表面膜电势 测定装置通常采用钋金属电极探针，将它置于液面上方附近的空间。由于它使空气电离而导致探针与液面间具有导电性能。另一参比电极(如银－氯化银电极)插入液面。前者串连作为示零器的触电计或高阻抗直流伏特计，并接入标准电位计电路；后者连接可调电位计一端。 测定时，回路中有电流产生。调节电位差计使回路中的电流为零，此时电位差计的读数为水－空气间的电势差，同理可测单分子膜－空气间的电势差 。 表面电势主要决定于成膜分子的表面浓度、带电基团层的电势 、成膜分子的有效偶极矩。若将膜看成平行板电容器，表面电势可表示为 式中，n是单位表面积中成膜物质的分子数；μ是成膜分子的偶极矩；μcosθ为其有效偶极矩；θ角见图6－2；ε是介电常数，对空气可近似看成1 6.2.3 表面黏度 表面黏度：是指由单分子膜引起的表面层黏度的变化值。它表示单分子膜在水面上的流动性质，也反映了不溶性两亲物质在表面的物理状态。 表面黏度的测定方法： （1）表面狭缝流出法 在Langmuir槽中， 将液面分成两部分。 中间留一条窄缝，其 长度为 ，宽为 。表面狭缝流出法测表面黏度实际上这是一支二维毛细管，当狭缝两端膜压不同时，表面膜在表面压差作用下，从高表面压端，通过毛细狭缝流向低表面压端。保持压差恒定的条件下，据Poiseuille方程可以导出表面黏度的公式: （2）扭摆法 实验时使探头即小盘刚好与表面接 触。然后使盘在表面摆动。从有膜 和无膜的摆动速度可以推算出表面 黏度。此法测得的也是切变黏度。 适用于高表面黏度的测定，如凝聚 膜的表面黏度。假定膜厚为 l nm数量级，将表面黏度换算成本体相黏度。结果表明，一般膜的黏度比体相的高得多。表面黏度是随表面压和表面分子密度增大而增加的。因此表面黏度数据为表面上单分子层相变、分子间相互作用、离子在单分子层上的吸附、单分子膜中的化学反应等提供信息。 6.2.4 表面膜的光学性质 (1)光吸收 吸收光谱是研究物质结构的重要方法，对于表面膜也可借助其光吸收性能来研究其表面结构或状态。不过表面膜的光吸收很弱，于是设计了一种全反射装置，使入射光经反光镜反复多次经过表面膜。增加光吸收量以便检测。 （2）光反射 对膜光反射的检测方法有三种：反射光谱、椭圆光度法和Brewsttr角显微镜。其中Brewsttr角显微镜是利用光线从液面反射时存在Brewstt角而设计的。 当一束光射到某液体表面上，反射光强度会随入射角而变，当反射光强为零时的入射光角度就是该液体的Brewsttr角。Brewstt角的值与界面两边介质的折射率有关。因而表面膜存在及其存在的状态将使Brewstt角改变。此外，荧光显微镜法也是研究表面膜的好方法。 6.3 不溶性单分子膜的各种聚集状态 由表面压实验可知。 当膜被压缩时。表面 压渐渐增大。以 为 纵坐标。膜面上每个 分子所占面积 为横坐 标作图。如图6-6所示。 按照膜被压缩的顺序变化，