江西有色金属  2010, Vol. 24 Issue (2): 19-22
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陈金清, 陈传林, 朱志全, 李苏霞. 强碱性体系提钒微乳液的制备研究[J]. 江西有色金属, 2010, 24(2): 19-22.
CHEN Jin-qing, CHEN Chuan-lin, ZHU Zhi-quan, LI Su-xia. Preparation of Micro-emulsion Used for Extraction of Vanadium from Strong Base System[J]. Jiangxi Nonferrous Metals, 2010, 24(2): 19-22.
强碱性体系提钒微乳液的制备研究[PDF全文]
陈金清a , 陈传林b , 朱志全b , 李苏霞b     
a. 江西理工大学，工程研究院，江西 赣州 341000;
b. 江西理工大学, 材料与化学工程学院，江西 赣州 341000
作者简介：陈金清(1968-)，男，副教授，博士
收稿日期：2010-01-18
摘要：为了制备能够用于强碱性体系中萃取的微乳液体系，研究了以N263作为表面活性剂，醇类为助表面活性剂，煤油为油相形成的微乳液体系的相行为，考察了表面活性剂浓度、助表面活性剂种类及浓度、内水相盐度及pH、温度等因素对微乳液最大增溶水量的影响，并通过微乳液电导率的测定来考察微乳液的稳定性.结果表明：当N263浓度为10 %、异戊醇浓度为25 %，内水相浓度为(0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L NaOH)，温度为T=35 ℃，煤油为油相时所制备的微乳液稳定且增溶水量能到达15 %左右.
关键词：微乳液    表面活性剂    助表面活性剂    钒    
Preparation of Micro-emulsion Used for Extraction of Vanadium from Strong Base System
CHEN Jin-qinga , CHEN Chuan-linb , ZHU Zhi-quanb , LI Su-xiab     
a. Engineering Research Institute, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;
b. Faculty of Materials and Chemical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China
Abstract: This paper studies the phase behavior of microemulsion by using N263 as surfactant alcohols as cosurfactant and kerosene as oil phase. We focus the study on the effects of surfactant concentration, co-surfactant kinds and concentration, inner water phase salinity and pH value, on water content of the microemulsion the stability of micro-emulsion is also investigated by measuring the its conductivity. The results shows the microemulsion stays stable and the water content can reach to about 15% under the following conditions: N263 concentration is 10%; isoamyl alcohol concentration is 25%; inner water phase concentration is 0.4mol/L NaCl+0.2mol/ L NaOH; temperature is 35℃; kerosene used as oil phase.
Key words: micro-emulsion    surfactant    co-surfactant    vanadium    

通过考察表面活性剂浓度、助表面活性剂种类及浓度、内水相盐度及pH、温度等因素对微乳液最大增溶水量的影响，并通过微乳液电导率的测定来考察微乳液的稳定性，从而得到最适宜用于萃取钒的微乳液体系.

1 实验 1.1 仪器与试剂

仪器：恒温水浴槽(上海精科实业有限公司)、电导率仪(厦门精艺兴业科技有限公司).

试剂：甲基三辛基氯化铵(N263)(＞99 %，厦门先端科技有限公司)，正丁醇、异戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇(均为分析纯)，氯化钠(AR)、氢氧化钠(AR).

1.2 实验方法

在文章中，除特殊说明外，所有的实验温度均为(25±1)℃，所用试剂的浓度均为质量百分浓度.

(1) 微乳液最大增溶水量的测定方法.将一定比例的表面活性剂(N263)、助表面活性剂(醇类)以及煤油混合，在电磁搅拌器不断搅拌下，用碱式滴定管向混合物中逐滴滴加水溶液，混合物会由透明变成半透明状态，继续滴加至溶液刚好出现离心分层.记录下离心分层前一个数据即为当前状态下微乳液最大增溶水量W%，其计算公式如下：

其中，醇和表面活性剂的百分含量均是相对于微乳有机相而言的，以下相同[1-5].

(2) 微乳液电导率的测定方法.将一定比例的表面活性剂(N263)、助表面活性剂(醇类)、以及煤油混合，在电磁搅拌器搅拌下，用移液管向混合物中每次滴加等体积(1mL)的水溶液并用电导率仪测定微乳液电导率，直至澄清的微乳液变浑浊为止.

2 结果与讨论 2.1 微乳液最大增溶水量的影响因素

(1) N263浓度对微乳液最大增溶水量的影响.由图 1看出，微乳液最大增溶水量随着N263浓度增大而增大，这主要是因为随着表面活性剂浓度的增大，一方面可以形成更多数量的反胶团，另一方面每个反胶团所吸附的表面活性剂分子数也会增大并且聚集在一起，使得单个反胶团体积增大，从而能够增溶更多的水.但N263浓度的增大也加大了微乳液的粘度，对后续的萃取钒工艺产生不利影响.实验表明，当N263浓度在10 %左右时，微乳液粘度适中.

实验条件：正丁醇6 g，煤油20 g，内水相为纯水，温度为(25±1)℃ 图 1 表面活性剂浓度对微乳液最大增溶水量的影响

(2) 醇的种类及浓度对微乳液最大增溶水量的影响.从图 2可以看出微乳液最大增溶水量随醇浓度的增加先增大后降低，这主要是由于醇浓度的增加会使得更多的醇与表面活性剂缔合进入胶束的界面内，使得界面柔性增加，使更多的水能够进入胶束内.但当醇加入量达到一定程度时，使得界面流动性过大，导致液滴间相互吸引，使整个体系的胶束聚集数减少，又会降低体系的最大增溶水量.另外微乳液最大增溶水量所对应的醇量随醇碳链的减小依次增大，这主要是因为随着醇链长的增加，增大了醇的疏水性，使得醇更易于分布在油相而不是界面上.结果表明：当选择异戊醇且浓度为25 %时，微乳液增溶效果较理想.

实验条件：N263浓度10 %，温度(298±1)K 图 2 助表面活性剂浓度对微乳液最大增溶水量的影响

(3) 内水相盐度对微乳液最大增溶水量的影响.由图 3可以看出，微乳液最大增溶水量随着内水相盐度的增大而减小.这是因为加入无机盐NaCl会压缩微乳液膜双电层，削弱反胶团中表面活性剂基团之间的排斥作用，使离子头靠得更紧，使增溶水量减小.内水相在微乳液萃取过程中起到反萃作用，其中NaCl是作为反萃剂，为了所制备的微乳液能够有一个理想的萃取容量，必须保证反萃端有足够的反萃剂.综合考虑，选择了内水相NaCl浓度为0.4 mol/L.

实验条件：N263浓度为10 %，异戊醇为25 %，NaOH浓度为0.0mol/L，温度(298±1)K 图 3 内水相盐度对微乳液最大增溶水量的影响

(4) 内水相pH值对微乳液最大增溶水量的影响.由图 4可看出，随着内水相pH值的增大，微乳液最大增溶水量反而减小.这可能是因为NaOH也是一种电解质，随着浓度的增大，反离子Na+增多，同样会压缩微乳液膜双电层，使微乳液最大增溶水量减小.为了保证萃取的钒酸根在反萃后仍然主要以钒酸根的形式存在，必须保证内水相有比较高的碱度.综合考虑，本研究选择了内水相浓度为0.4 mol/L，NaOH浓度为0.2 mol/L.

实验条件：N263浓度为10 %，异戊醇为25 %，内水相NaCl浓度为0.4 mol/L，煤油为油相，温度(298±1)K 图 4 内水相pH对微乳液最大增溶水量的影响

(5) 温度对微乳液最大增溶水量的影响.由图 5可以看出，随着温度的升高，微乳液最大增溶水量先逐渐增大，当温度达到35 ℃左右出现一个最大值，然后又随着温度的继续升高而降低.其主要原因是温度升高引起分子热运动加剧，使胶束中供增溶的空间变大，由此微乳液增溶水量提高，但随着温度的继续升高，也加剧了表面活性剂分子的脱水性，从而导致微乳液增溶水量下降.

实验条件：N263浓度为10 %，异戊醇为25 %，内水相浓度为(0.4mol/L NaCl+0.2 mol/ LNaOH)，煤油为油相 图 5 温度对微乳液最大增溶水量的影响

2.2 微乳液的电导行为分析

(1) N263浓度对微乳液电导率的影响.由图 6可以看出，在N263微乳液体系中，电导率随表面活性剂的含量增加，微乳液电导率逐渐下降，这是由于在W/O微乳液中，由于连续相不导电，微乳液的导电性由微乳液液滴的导电性决定，在含水量不变的情况下增加N263的量，就相当于降低了水与表面活性剂(N263)的比例，使微乳液液膜强度升高，电解质离子更不容易穿透界面膜使电导率呈降低的趋势.

实验条件：异戊醇6 g，煤油20 g，纯水3 mL，温度为(298±1)K 图 6 N263的量对微乳液电导率的影响

(2) 内水相盐度对微乳液电导率的影响.由图 7可以看出，微乳液的电导率在增溶水量比较低的情况下，电导率变化不大，当超过一定值时呈指数增大，这主要是因为在增溶水量比较低的情况下，微乳液膜比较厚，不利于电子的通过；随着增溶水量的继续增大，液膜层变薄，增大了液膜的通透性，电导率也随着增加.同时从图 7还可以看出，高浓度内水相保持低电导率的时间更长，其主要原因是随着Cl-离子浓度增大，对表面活性剂(N263)离子基头间斥力的削弱而其作用变强，压缩微乳液膜双电层使表面活性剂排列更为紧密，使Cl-离子更不容易穿透界面形成导电通道，所以高离子浓度的内水相更能保持较低的电导率.

实验条件：N263为10 %，醇为25 %，内水相NaOH浓度为0.2 mol/L，温度为(298±1)K 图 7 内水相盐度对微乳液电导率的影响

3 结论

实验结果表明，表面活性剂浓度、助表面活性剂种类及浓度、内水相盐度、温度对微乳液的稳定性影响明显.当选择N263浓度为10 %、异戊醇浓度为25 %，内水相浓度为(0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L NaOH)，温度为35℃，煤油为油相时所制备的微乳液稳定且增溶水量较为理想，增溶水量可达到15 %左右.

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