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研究生: 金子寧
Tzu-Ning Chin
論文名稱: 塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯在甲醇水溶液之吸附動力學
The Adsorption Kinetics of Plasticizers Dibutyl Phthalate in Aqueous Methanol Solution
指導教授: 林析右
Shi-Yow Lin
口試委員: 蔡瑞瑩
Ruey-Yug Tsay
陳立仁
Li-Jen Chen
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: 懸掛氣泡法動態表面張力塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯甲醇
外文關鍵詞: pendant bubble, dynamic surface tesion, plasticizers, dibutyl phthalate, methanol
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  • 本研究使用影像數位化懸掛氣泡測量儀,量測塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯 (dibutyl phthalate, DBP)在不同甲醇濃度 (0、1、5wt%)中之動態和平衡表面張力,藉以觀測DBP在溶液本體與氣-液界面間之質傳行為。
    Langmuir模式可適確切地描述DBP水溶液(0 wt%甲醇)之平衡表面張力。首先,假設質傳機制為擴散控制,以Langmuir模式模擬DBP水溶液之動態表面張力,得出的擴散係數 1.40×10-6 cm2/s小於Wilke-Chang equation計算所得之理論擴散係數5.95×10-6 cm2/s。繼而假設質傳機制為混合控制,並以Langmuir模式模擬DBP水溶液之動態表面張力,其模擬結果與實驗之動態張力曲線相當吻合;故推測DBP在水溶液中自溶液本體質傳至氣-液界面間之行為為一混合控制程序。
    使用Langmuir和Frumkin模式模擬DBP在甲醇水溶液 (1、5wt%)中之平衡表面張力;其中,以Frumkin模式較為適切。假設質傳機之動態表面張力,兩種模式皆無法描述動態張力數據,且獲得之擴散係數與Wilke-Chang equation計算所得之理論擴散係數數值不同;若假設質傳機制為混合控制並以Frumkin模式模擬,其結果能夠確切地描述DBP在甲醇水溶液中之動態張力曲線;故推測DBP在甲醇水溶液中自溶液本體質傳至氣-液界面間之行為為一混合控制程序。
    Langmuir模式可適確切地描述DBP水溶液(0 wt%甲醇)之平衡表面張力,亦即DBP分子吸附在氣-液界面上時,DBP分子間作用力可以忽略;DBP在甲醇水溶液須以Frumkin模式來模擬,亦即DBP分子吸附在氣-液界面上時,DBP分子間作用力無法忽略。參數K代表分子間作用力,K > 0為分子間互相排斥,K < 0為分子間互相吸引。平衡張力得出之參數:K0wt%= 0 、K1wt% = -1.4和K5wt% = -2.7;故知DBP吸附在氣-液界面上時分子間吸引力隨溶劑甲醇濃度提高而增加。
    DBP為一常用的塑化劑,常被使用在工程塑料上。因鄰苯二甲酸酯類塑化劑 (含DBP、DNOP、DEHP等) 被歸類為疑似內分泌干擾素、環境荷爾蒙,導致各國針對塑化劑濃度設定嚴格的限制。定量塑化劑是近年來被密切關注的研究議題之一。因此對於食品、生活用品、河水和廢水等有不同的方法來檢測塑化劑的濃度。DBP分子含親油基及親水基,具備降低表面張力之能力。本研究擬藉量測DBP水溶液之張力,來建立一快速、靈敏且成本低廉的檢測方法。


    本研究使用影像數位化懸掛氣泡測量儀,量測塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯 (dibutyl phthalate, DBP)在不同甲醇濃度 (0、1、5wt%)中之動態和平衡表面張力,藉以觀測DBP在溶液本體與氣-液界面間之質傳行為。
    Langmuir模式可適確切地描述DBP水溶液(0 wt%甲醇)之平衡表面張力。首先,假設質傳機制為擴散控制,以Langmuir模式模擬DBP水溶液之動態表面張力,得出的擴散係數 1.40×10-6 cm2/s小於Wilke-Chang equation計算所得之理論擴散係數5.95×10-6 cm2/s。繼而假設質傳機制為混合控制,並以Langmuir模式模擬DBP水溶液之動態表面張力,其模擬結果與實驗之動態張力曲線相當吻合;故推測DBP在水溶液中自溶液本體質傳至氣-液界面間之行為為一混合控制程序。
    使用Langmuir和Frumkin模式模擬DBP在甲醇水溶液 (1、5wt%)中之平衡表面張力;其中,以Frumkin模式較為適切。假設質傳機之動態表面張力,兩種模式皆無法描述動態張力數據,且獲得之擴散係數與Wilke-Chang equation計算所得之理論擴散係數數值不同;若假設質傳機制為混合控制並以Frumkin模式模擬,其結果能夠確切地描述DBP在甲醇水溶液中之動態張力曲線;故推測DBP在甲醇水溶液中自溶液本體質傳至氣-液界面間之行為為一混合控制程序。
    Langmuir模式可適確切地描述DBP水溶液(0 wt%甲醇)之平衡表面張力,亦即DBP分子吸附在氣-液界面上時,DBP分子間作用力可以忽略;DBP在甲醇水溶液須以Frumkin模式來模擬,亦即DBP分子吸附在氣-液界面上時,DBP分子間作用力無法忽略。參數K代表分子間作用力,K > 0為分子間互相排斥,K < 0為分子間互相吸引。平衡張力得出之參數:K0wt%= 0 、K1wt% = -1.4和K5wt% = -2.7;故知DBP吸附在氣-液界面上時分子間吸引力隨溶劑甲醇濃度提高而增加。
    DBP為一常用的塑化劑,常被使用在工程塑料上。因鄰苯二甲酸酯類塑化劑 (含DBP、DNOP、DEHP等) 被歸類為疑似內分泌干擾素、環境荷爾蒙,導致各國針對塑化劑濃度設定嚴格的限制。定量塑化劑是近年來被密切關注的研究議題之一。因此對於食品、生活用品、河水和廢水等有不同的方法來檢測塑化劑的濃度。DBP分子含親油基及親水基,具備降低表面張力之能力。本研究擬藉量測DBP水溶液之張力,來建立一快速、靈敏且成本低廉的檢測方法。

    摘要 I 目錄 II 圖目錄 III 表目錄 IV 第一章 簡介 1 1.1界面活性劑的特性 1 1.2界面活性劑分類 2 1.3研究主題 4 第二章 文獻回顧 5 2.1界劑分子在氣-液界面之吸附行為 5 2.2非離子型界劑分子之質傳理論 6 2.2.1 Langmuir adsorption model 7 2.2.2 Frumkin models 8 2.4 界劑水溶液之表面張力量測 10 第三章 張力量測方法 12 3.1 懸掛氣泡影像數位化測量儀 12 3.1.1懸掛氣泡法量測界面張力之理論 12 3.1.2懸掛氣泡影像數位化測量儀 14 3.2其它實驗儀器 15 3.3實驗藥品 16 3.4實驗方法 17 3.4.1溶液配製 17 3.4.2懸掛氣泡影像數位化測量儀之實驗流程 17 第四章 鄰苯二甲酸二丁酯水溶液之吸附行為 19 4.1 DBP之實驗結果 19 4.2 DBP之決定模式與參數 21 4.3 結果討論 26 第五章 鄰苯二甲酸二丁酯甲醇水溶液之吸附行為探討 30 5.1 DBP 5wt%和 1wt%甲醇水溶液之實驗結果 30 5.2 DBP在 5wt%和 1wt%甲醇水溶液之決定模式與參數 34 5.3 結果討論 38 第七章 結論與建議 43 參考文獻 44

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