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研究生: 邱明崑
Ming-Kun Qiu
論文名稱: 苯甲醇可溶化現象之探討
A Study on the Solubilization Phenomena of Benzylalcohol
指導教授: 林析右
Shi-Yow Lin
口試委員: 戴龑
Yian Tai
陳立仁
Li-Jen Chen
曹恒光
Heng-Kwong Tsao
陸駿逸
Chun-Yi Lu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 苯甲醇可溶化懸垂液滴
外文關鍵詞: benzylalcohol, solubilization, pendant drop
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  • 本研究使用懸垂液滴影像數位化測量儀和密度儀,測量油-水-界劑三成份兩相平衡溶液之表/界面張力和油、水相之密度。另藉由懸垂液滴系統和數位相機來觀察油滴於水溶液中的溶解/可溶化現象,暨水相中之油波紋的強弱、形狀、移動方向,來探討苯甲醇之可溶化(Solubilization)現象。


    In this work, a densitometer and a pendant drop tensiometer are utilized for the measurement of surface/interfacial tension and density of an oil-water-surfactant three-component two-phase system. Oil-rich region can be observed and it behaves like a ocean wave in the aqueous phase. The wave-like phenomena and the solubilization of benzyl alcohol in different surfactant solutions are also investigated by this tensiometer and a video camera.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目 錄 IV 表 目 錄 VI 圖 目 錄 VIII 第一章簡介 1 1.1 界面活性劑 1 1.2 研究目的與動機 2 第二章文獻回顧 3 2.1 三成分系統 3 2.1.1 油\水\界面活性劑之相行為 3 2.2 自發性乳化作用機制 3 2.2.1 最初的機制 4 2.2.1.1 界面擾動(Interfacial turbulence) 4 2.2.1.2 擴散和擱淺(Diffusion and stranding) 5 2.2.1.3 負界面張力(Negative interfacial tension) 6 2.2.2 最近提出的機制 7 2.2.2.1 滲透壓梯度造成液胞的擴張 (Explosion of vesicles by osmotic gradient) 7 2.2.2.2 滲透壓梯度造成高黏度水中油型W/O微乳液的轉換(Inversion of a highly viscous W/O microemulsion by osmotic gradient) 8 2.2.2.3 溫度梯度造成結構連續的改變 (sequential changes in structure by temperature gradient) 9 2.2.2.4 濃度梯度造成結構連續的改變 (sequential changes in structure by concentration gradient) 10 2.2.2.5 髓鞘狀圖形和液晶擴張 (Myelinic Figures and Liquid Crystal Explosion) 10 2.3 Marangoni flows 11 2.3.1 酒的眼淚(tears of wine) 11 2.3.2 界劑(Surfactants) 12 2.3.3 肥皂船(The soap boat) 12 第三章實驗設備 13 3.1 懸垂液滴影像數位化測量儀 13 3.1.1 主要儀器設備 13 3.1.2 其它儀器 15 3.1.3 儀器校正 16 3.3 實驗藥品 17 第四章研究方法 19 4.1界面張力之量測 19 4.1.1 古典Young-Laplace equation與理論曲線 19 4.1.2 界面張力之計算 20 4.1.2.1 具有最大直徑(de)液滴之界面張力計算 20 4.1.2.2 無最大直徑(de)液滴之界面張力計算 22 4.2 溶液配製 23 4.2.1 界劑水溶液之配製 23 4.2.2 油-水平衡混合液(重量比1:1)之配製 24 4.2.3 苯甲醇水溶液之配製 24 4.3 懸垂液滴影像數位化測量儀實驗流程 24 4.3.1 溶液表面張力之測量 25 4.3.2 油-水平衡混合液(重量比1:1)張力之測量 26 第五章苯甲醇可溶化現象之探討 27 5.1 油-水試驗結果 28 5.2 結果與討論 31 第六章結論與建議 33 6.1 油-水試驗結果 33 6.2 結果與討論 33 參考文獻 34 表目錄 表3.1 有機溶液密度,T = 25 oC 37 表3.2 有機溶液表面張力值 37 表3.3 本實驗各界劑基本物性,T = 25 oC 38 表3.4 本實驗各有機溶液基本物性,T = 25 oC 49 表5.1 本實驗各界劑水溶液密度值、表面張力值,T = 25 oC 40 表5.2 苯甲醇-純水形成平衡混合液(重量比1:1)時水相粒徑分佈,T = 25 oC 40 表5.3 苯甲醇-純水及苯甲醇-3wt%TX100 aq形成平衡混合液(重量比1:1)時油相中水含量,T = 25 oC 40 表5.4 TX100與苯甲醇混合(重量比0.03:1),T = 25 oC 41 表5.5 苯甲醇/水/TX100形成平衡混合液時密度和張力變化,T = 25 oC 41 表5.6 有機溶液在水中以及水在有機溶液中溶解度 42 表5.7 苯甲醇在各界劑水溶液中溶解度,T = 25 oC 42 表5.8 苯甲醇與純水混合(重量比1:1),T = 25 oC 43 表5.9 苯甲醇與3wt%TX100 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 43 表5.10 苯甲醇與3wt%TX405 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 43 表5.11 苯甲醇與3wt%DTAB aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 44 表5.12 苯甲醇與3wt%SDS aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 44 表5.13 乙苯甲醇與純水混合(重量比1:1),T = 25 oC 44 表5.14 乙苯與3wt%TX100 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 45 表5.15 乙苯與3wt%TX405 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 45 表5.16 乙苯與3wt%DTAB aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 45 表5.17 乙苯與3wt%SDS aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 46 表5.18 正戊醇與純水混合(重量比1:1),T = 25 oC 46 表5.19 正戊醇與3wt%TX100 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 46 表5.20 正戊醇與3wt%TX405 aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 47 表5.21 正戊醇與3wt%DTAB aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 47 表5.22 正戊醇與3wt%SDS aq混合(重量比1:1),T = 25 oC 47 表5.23 油滴在水溶液表面之現象,T = 25 oC 48 表5.24 油滴在水溶液表面之現象,T = 25 oC 48 圖目錄 圖1.1 界面活性劑基本結構 49 圖1.2 平衡表面張力與界劑濃度變化及界劑聚集行為 49 圖1.3 界劑分子於溶液中的自我組裝(Self-assembly),會導致微胞產生不同結構形式 50 圖2.1 Winsor(1948)溶液分類 51 圖2.2 藉由顯微鏡觀察toluene\sec-butanol\Octanol\Brij 30四成分混合液液滴在室溫下緩慢與水接觸,描述“擴散和擱淺”機制的發生 51 圖2.3 藉由n-hexadecane/n-octanol(C8OH)/C12E三成分混合液液滴與水接觸,描述自發性乳化作用機制的發生 52 圖2.4 藉由油滴與適當量的非離子型界劑(C12E6)和長鏈醇(C18:1OH)接觸,描述自發性乳化作用機制的發生 52 圖2.5 水銀在四級胺鹽水溶液中,表面張力隨應用電位的變化情形 53 圖2.6 water/oil/potassium oleate/medium chain alcohol(C5:1OH, C6:1OH)四成分系統中,產生短暫負界面張力過程 53 圖2.7 髓鞘狀圖形(myelinic figures) 54 圖2.8 液胞(vesicle)結構示意圖 54 圖2.9 W/O微乳液會經由層狀液晶(lamellar liquid crystal)和反轉雙連續相(reverse L3)到高濃度乳液 54 圖2.10 髓鞘狀圖形(Myelinic figures)和液晶擴張或碎裂 (Liquid crystal explosion or disintegration) 55 圖2.11 酒的眼淚 55 圖2.12 肥皂船 56 圖3.1 懸掛氣泡影像數位化測量儀系統圖 57 圖3.2 密度儀,DMA58,有利有限公司 58 圖4.1 懸垂液滴的形狀 59 圖4.2 具有最大直徑de之懸垂滴圖形 59 圖4.3 利用懸垂液滴法結合影像處理技術應用於低界面張力之測量 60 圖4.4 針對不具有最大直徑de之懸垂滴界面張力計算圖形 60 圖5.1 本實驗界劑水溶液和純油溶液之動態表面張力變化,其溶液分別為(a)苯甲醇,(b)正戊醇,(b)3wt%TX100 aq,(c)3wt%TX405 aq,(d)3wt%DTAB aq,(e)3wt%SDS aq,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 61 圖5.2 苯甲醇與純水形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 62 圖5.3 苯甲醇與3wt%TX100 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 63 圖5.4 苯甲醇與3wt%TX405 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 64 圖5.5 苯甲醇與3wt%DTAB aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 65 圖5.6 苯甲醇與3wt%SDS aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 66 圖5.7 乙苯與純水形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 67 圖5.8 乙苯與3wt%TX100 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 68 圖5.9 乙苯與3wt%TX405 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 69 圖5.10 乙苯與3wt%DTAB aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 70 圖5.11 乙苯與3wt%SDS aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 71 圖5.12 正戊醇與純水形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 72 圖5.13 正戊醇與3wt%TX100 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 73 圖5.14 正戊醇與3wt%TX405 aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 74 圖5.15 正戊醇與3wt%DTAB aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 75 圖5.16 正戊醇與3wt%SDS aq形成平衡混合液(重量比 = 1:1)之動態張力變化,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 76 圖5.17 苯甲醇水溶液(水相)表面張力值,其苯甲醇濃度分別為(a)0.003,(b)0.01,(c)0.03,(d)0.1,(e)0.2,(f)0.5,(g)1.0,(h)2.0,(i)3.0,(j)3.5,(k)4.0,(l)5.0(m)6.0,(n)7.0 wt%,虛線為平衡張力值。T = 25 oC 77 圖5.18 苯甲醇水溶液濃度對其(水相)表面張力作圖之結果。”○”表示苯甲醇水溶液為單一相;”△”表示苯甲醇水溶液為兩相,溶液自由表面處有小油滴;”□”表示苯甲醇水溶液為兩相,溶液自由表面處及底部有小油滴。T = 25 oC 79 圖5.19a苯甲醇在水溶液(15ml)中形成懸垂油滴之波紋觀察,其中(a)新鮮油打在純水(波紋明顯);(b)飽和油打在飽和水溶液(無波紋);(c)飽和油打在純水(波紋明顯);(d)新鮮油打在飽和水溶液(無波紋),T = 25 oC 80 圖5.19b苯甲醇(1st drop)在純水(15ml)中形成固著油滴,與氣-液表面接觸時油滴會劇烈旋轉(Frame Code:87042 ~ 87173, rps = 10.31),經6.3秒後油滴脫離針頭,T = 25 oC 80 圖5.19c苯甲醇(1st drop)滴在純水(25ml)表面,油滴迅速潤濕且造成水溶液內部擾動,其中(a ~ f)為油滴在培養皿的影像,(g ~ i)為油滴在石英盒的影像,T = 25 oC 81 圖5.20a苯甲醇(1st drop)在3wt%TX100 aq(15ml)中形成懸垂油滴之波紋觀察(波紋強),其中(a ~ c)為針頭附近的影像,(d ~ f)為底部附近的影像,(g ~ h)為氣-液表面附近的影像,T = 25 oC 82 圖5.20b苯甲醇(3rd drop)在3wt%TX100 aq(15ml)底部形成固著油滴之波紋觀察(波紋強),其中(a)為油滴生成的影像,(b)為油滴接觸角增加的影像,(c)為波紋從油滴頂端生成且向上爬升的影像,T = 25 oC 83 圖5.20c苯甲醇(1st drop)在3wt%TX100 aq(15ml)中形成固著油滴無法潤濕形成膜,T = 25 oC 83 圖5.20d苯甲醇(3rd drop)滴在3wt%TX100 aq(25ml)表面,油滴直接沉入水溶液中,T = 25 oC 83 圖5.21a苯甲醇(1st drop)在3wt%TX405 aq(15ml)中波紋觀察(波紋強),其中(a ~ b)為懸垂油滴的影像,(c ~ f)為固著油滴的影像,T = 25 oC 84 圖5.21b苯甲醇(7th drop)在3wt%TX405 aq(15ml)中形成固著油滴,與氣-液表面接觸時油滴會劇烈旋轉(Frame code:27749 ~ 27828, r.p.s = 11.51),約3秒後脫離針頭,T = 25 oC 84 圖5.21c苯甲醇滴在3wt%TX405 aq(25ml)表面之觀察,其中(a ~ f)為13th油滴的影像,油滴滴入後迅速分散成小油滴並快速移動(V = 4.82 cm/s,消失時間為152.27秒);(g ~ l)為15th油滴的影像,油滴撞擊培養皿壁後往回彈(V = 4.58cm/s,消失時間為226.12秒),T = 25 oC 85 圖5.22a苯甲醇(1st drop)在3wt%DTAB aq(15ml)中形成固著油滴之波紋觀察(波紋強),油滴在43.9秒時油滴下端釋出一環狀波紋,接著油滴開始劇烈變形,在64.7秒時脫離針頭掉落,T = 25 oC 86 圖5.22b苯甲醇(12th drop)在3wt%DTAB aq(15ml)中形成固著油滴,與氣-液表面接觸時無法潤濕形成膜,T = 25 oC 87 圖5.22c苯甲醇(3rd drop)滴在3wt%DTAB aq(25ml)表面,油滴緩慢移動26秒後沉入水溶液中,其中(a’ ~ c’)為(a ~ c)之放大影像,T = 25 oC 87 圖5.23a苯甲醇(1st drop)在3wt%SDS aq(15ml)中形成懸垂油滴之波紋觀察(波紋強),T = 25 oC 88 圖5.23b苯甲醇滴在3wt%SDS aq(25ml)表面,油滴沉入水溶液中,T = 25 oC 88

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