煤气净化吸收剂醇类表面张力测定分析

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司,内蒙古 克什克腾旗 025350）

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表面张力是工业上和日常生活中都非常重要的数据。研究温度对醇类表面张力的影响，选用威廉米吊片法对甲醇、无水乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-庚醇这六种醇在20°C-60°C的温度范围内进行其表面张力数值的测定，为煤气净化吸收剂的多重选择寻找理论依据。数据表明，这六种醇在20°C-60°C的温度范围，每一种醇的纯液体表面张力都随温度的升高而呈直线下降现象；相同温度下，醇表面张力的大小依次为乙醇＜甲醇＜ 1-丙醇＜ 1-丁醇＜ 1-戊醇＜ 1-庚醇；醇类密度随温度的变化趋势和醇类表面张力随温度变化趋势相同。

伯醇；表面张力；温度

1 表面张力的意义

表面张力是表征气体-液体界面现象，研究流体界面张力[1]的重要参数，在精细化工的表面活性剂研究方面[2]（胶黏剂工业、涂料工业、军事工业、尖端技术工业）有重要的应用价值，如：特殊印刷线路板电镀中电镀电极是否与镀液接触良好和镀液表面张力有很大关系。另外在煤化工领域亦有重要的应用价值，如甲醇在气体净化[3]中（脱除天然气中的CO2以及H2S）的应用：低温甲醇洗涤法Rectisel（德国鲁奇公司开发）。醇类的表面张力数据在相关的化学品物性数据手册中较少。通过全自动表面张力仪（BZY—1）（上海衡平仪器仪表厂），测定甲醇、无水乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、1-庚醇这六种纯液体的表面张力（空气-醇界面张力），为醇类的气-液界面理论研究以及醇类在煤化工领域的应用提供基础数据。

2 威廉米吊片法简介

威廉米吊片法测定表面张力时，将一个薄片如铂金片、云母片或毛玻璃片等悬挂于液体之上，使其刚好与液面接触。此时薄片受到液体的表面张力，受力不平衡，为维持原本的位置，就必须施加一个向上的拉力P，此力与表面张力大小相同、方向相反。可以由下式计算表面张力γ：

式中，P为测定的拉力，用扭力丝测定；l为片长，以厘米为单位；d为片厚，以厘米为单位；θ为接触角（约90°）。

此公式也可以测定表面张力的近似值：由于吊片很薄，厚度可以忽略不计，而且接触角θ认为绝对等于90°，则cosθ=1，所以上式又可写为：

3 威廉米吊片法在本实验中的优势

本次实验中需要快速地测定多种药品的多个温度点的表面张力数值。毛细管上升法在操作上较为繁琐，因而不能在短时间内测定一系列药品的表面张力数值。

由于我们测定的是气-液界面，需要很短的单次测量时间，否则液面的温度变化剧烈。环法在测定表面张力时气-液界面温度变化剧烈，所测数值不是液体在之前所测温度下的准确数值。

对于威廉米吊片法理论基础的全自动表面张力仪：

（1）本次实验中，仪器本身不参与调整液体的温度，只需将一系列要测的液体放在干净的测量皿中，然后置于恒温装置中，最后由全自动表面张力仪直接测出数据，这样可以在很短时间内测定单个样品的数据，较短时间可测定整个系列的测量值。

（2）每次测定一个温度点下一系列样品时（如30°C时甲醇至1-庚醇的全部药品），操作条件和环境相同，避免在同等条件下由于测量样品次数的增多而带来环境变化或者操作条件人为的变化而引入的误差。

（3）仪器传感器反应灵敏，精度高，有良好的重复再现性，实验数据很准确。

（4）实验仪器操作简便，无需任何外接电脑控制。

（5）机器自身原因的误差小。

所以本实验采用基于威廉米吊片法理论基础的全自动表面张力仪（BZY-1）进行界面张力的测定。

4 本实验被测对象

名 称 分子量 颜 色 形态 毒性 味 特性 熔点℃ 沸点℃甲醇 32.04 无 液 √ 果香 易燃 -97.7 64.7乙醇 46.07 无 液 × 果香 易燃 -114.4 78.29 1-丙醇 60.10 无 液 × 酒香 麻醉 -126.2 97.2 1-丁醇 74.12 无 液 × 刺激 麻醉 -89.3 117.66 1-戊醇 88.15 无 液 × 刺激 麻醉 -78.2 137.8 1-庚醇 116.20 无 液 × 芳香 无 -34.0 176.3

5 实验数据分析

5.1 醇类在不同温度下的表面张力趋势

表1 醇类在不同温度下的表面张力

图1 在不同温度下醇类的表面张力变化趋势

图2 在相同温度下的醇类表面张力排布趋势

由图1 可以看出，随着温度增大，实验所测的醇类的表面张力均呈直线下降的趋势。由图2 可以看出，随着温度增大，实验所测的醇类的表面张力均下降；在相同温度下，醇类的表面张力的大小为：乙醇＜甲醇＜1-丙醇＜1-丁醇＜1-戊醇＜1-庚醇。

5.2 醇类密度与醇类表面张力

表2 醇类在不同温度下的密度和表面张力

由表2 可以很明显地看出醇系列的密度曲线及其表面张力曲线有十分相似的变化趋势，表明醇类的表面张力值与其密度值有很大的相关性。

5.3 醇类表面张力变化趋势

表3 醇类表面张力γ/（mN/m）测定数据表格

图3 醇类表面张力随温度变化的程度

由图3，拟合醇类表面张力数据直线。用直线的斜率k值的绝对值表示表面张力随温度变化的剧烈程度。上图中k值绝对值：乙醇＞1-丙醇＞1-戊醇＞1-丁醇＞1-庚醇＞甲醇

6 结论

本实验所测的试剂为六种分析纯的伯醇：甲醇，乙醇，1-丙醇，1-丁醇，1-戊醇，1-庚醇。对此六种试剂不同温度下的表面张力值的测定和分析，可以得出以下结论：

（1）纯液体醇的表面张力随温度变化，试验中每一种醇表面张力测定值都随温度的升高而呈直线下降趋势（在拟合的曲线中，直接表述为直线的斜率k）。

由于不同液态醇类的液态性质不同，其表面张力变化的程度如下表4：

表4

（k值表示表面张力随着温度变化的剧烈程度，ΔγS 表示某温度区间表面张力的最大差异值）

（2）相同温度下，醇表面张力的大小为：乙醇＜甲醇＜1-丙醇＜1-丁醇＜1-戊醇＜1-庚醇；

（3）醇系列的密度曲线及其表面张力曲线有十分相似的变化趋势，表明醇类的表面张力值与其密度值有很大的相关性。

[1]付东.表面活性剂体系表面张力和界面张力的分子热力学研究[D].北京：清华大学,1999.

[2]刘程等编著.表面活性剂应用手册[S].北京：化学工业出版，2004.

[3]姚强等.洁净煤技术[M].北京：化学工业出版社，2005：217.

煤气净化吸收剂醇类表面张力测定分析

武 蒙

武蒙（1984—），男，河北保定人，工学学士，研究方向：煤化工、化工模拟技术。