摘 要:采用鉑金板法測定了不同濃度、溫度及不同表面活性劑條件下氨水溶液的表面張力值，并用高速攝像機記錄鉑金板浸入、脫離液體過程的浸潤高度。結果表明，溫度或濃度的變化均與氨水溶液的表面張力值呈現(xiàn)不同程度的負相關關系。在20.5~45℃范圍內，不同濃度氨水的表面張力值下降幅度在9.17%~11.48%；隨著氨水濃度在0~25%范圍內增加，溶液表面張力值逐漸下降，降幅達15.20%；不同表面活性劑的加入可顯著降低氨水的表面張力值，10%濃度的氨水表面張力值降幅最高達46.18%；所有測量結果中鉑金板的浸潤高度和面積值與表面張力值變化呈相反趨勢。

表面張力是液體的常見物理屬性，是液體表面層受不均衡分子引力而產(chǎn)生的使液體表面向內部收縮的力，廣泛應用于潤濕、吸附和浮選等方面。通常溫度升高會降低有機溶劑和酸堿鹽溶液的表面張力，但也有研究發(fā)現(xiàn)，表面張力隨溫度增加呈非單調性變化。此外，添加劑和溶液濃度也被視為重要影響因素。

氨水常被霧化成小液滴作為硫的吸收劑，而表面張力會影響其霧化特性。本文采用Wilhelmy鉑金板法測定不同溫度、濃度及表面活性劑含量下氨水表面張力的變化，并用高速攝像機記錄鉑金板的浸潤高度。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

濃氨水(25%)、月桂酰胺丙基羥磺基甜菜堿(LHSB)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、椰子油脂肪酸丙氨酸鈉(ACS-12)、椰油酰胺丙基甜菜堿(CAB-35)、烷基糖苷(APG0810)均為分析純。

BZY-101表面張力儀；HAS-D71高速攝像機。

1.2 測試原理

鉑金板接觸被測液體后，液體表面張力作用于鉑金板，將其向下拉至液體表面張力及其他力與平衡力均衡時，鉑金板停止向液體內部浸入。同時，平衡感應器測量鉑金板浸入深度，經(jīng)微處理機轉化為液體的表面張力值并在LCD數(shù)字顯示屏實時顯示。

平衡力公式: F = mg + Lγcosθ - shρg (1)

式中 F——平衡力，N；
m——鉑金板質量，kg；
h——浸入深度，m；
L——鉑金板周長，m；
s——鉑金板橫切面積，m2；
γ——液體表面張力，N/m；
θ——接觸角，°；
ρ——液體密度，kg/m3。

1.3 實驗方法

配制1%~24%不同濃度的氨水溶液，在23℃室溫條件下，測定不同濃度氨水的表面張力，同時記錄鉑金板浸入溶液表面的最大高度；分別測量溶液溫度在20.5~45℃(每間隔5℃測量)間5%，10%，15%和20%氨水溶液的表面張力。依次添加0.1~0.7g濃度為0.1%和0.2%的5種不同表面活性劑于30mL的10%氨水溶液中，研究不同添加量下表面活性劑對氨水溶液表面張力的影響。

2 結果與討論

2.1 濃度對氨水表面張力的影響

室溫下不同濃度的氨水表面張力值見表1。

由表1可知，隨著濃度的增加，氨水溶液表面張力值逐漸下降。當氨水濃度升高至6%時，溶液表面張力值從71.7mN/m下降到66.2mN/m，降低了5.5mN/m；然而，溶液濃度從7%升高至25%，表面張力值僅降低5.3mN/m。當氨水濃度升高時，溶液內部的氨水分子向溶液表面移動、匯聚，溶液表面層中的H-N氫鍵濃度增加，H-O氫鍵減少，導致溶液表面張力下降。

為探究表面張力與鉑金板的浸潤關系，采用高速攝像機測定鉑金板浸入不同濃度(1%，6%，11%，16%，21%，25%)氨水溶液的瞬時連續(xù)浸潤高度，鉑金板上的液體真實浸潤高度見表2。

由表2可知，相同時刻下，鉑金板上液體真實浸潤高度與氨水濃度趨勢保持一致，與表面張力值變化趨勢相反，即表面張力越低液體浸潤效果越好。

以鉑金板浸入至1%和25%氨水溶液的瞬時浸潤過程為例(見圖1、圖2)，鉑金板底部與水平液面存在一定角度，經(jīng)HAS-Xviewer Ver軟件校準測量，鉑金板浸入1%和25%氨水溶液過程中鉑金板底部與其倒影夾角分別為2.08，1.37°。

圖1 鉑金板浸入1%氨水溶液瞬時浸潤過程

圖2 鉑金板浸入25%氨水溶液瞬時浸潤過程