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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 2016/7/13 南台化材 1 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 2016/7/13 南台化材 2 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。 2016/7/13 南台化材 3 界面活性劑達CMC後，對溶解能力、表面張力的改變。 2016/7/13 南台化材 4 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。 2016/7/13 南台化材 5 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 2016/7/13 南台化材 6 (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 2016/7/13 南台化材 7 (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 2016/7/13 南台化材 8 (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 2016/7/13 南台化材 9 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 2016/7/13 南台化材 10 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。 2016/7/13 南台化材 11 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。 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。 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。 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。 2016/7/13 南台化材 12 (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。 2016/7/13 南台化材 13 (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。 2016/7/13 南台化材 14 (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。 2016/7/13 南台化材 15 (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。 2016/7/13 南台化材 16 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。 2016/7/13 南台化材 17 (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。 2016/7/13 南台化材 18 (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。 2016/7/13 南台化材 19 (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。 2016/7/13 南台化材 20 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。 2016/7/13 南台化材 21 Thanks for your attention. 2016/7/13 南台化材 22 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)。 2016/7/13 南台化材 23