2.3 VAEO不同吸附階段的吸附機理

根據2.2的實驗結果，將VAEO在吸附前期與吸附後期的吸附行為分別討論。

2.3.1吸附前期

在初始吸附階段，表麵層VAEO分子很少，可以用方程（2）來表述表麵張力與時間的關係，對非離子表麵活性劑，式中n=1.以y（t）對t/2作圖，結果見圖3.短時間內γ（t）與t1/2成直線關係，直線截距對應溶劑的表麵張力，擴散係數D可由直線斜率求出，結果見表1.

分析表1數據：在VAEO溶液質量濃度小於cmc時，吸附前期擴散係數D隨質量濃度增大而增大，說明擴散係數D與質量濃度有關。擴散係數D隨濃度增大的情況，有研究認為,可能的原因是隨著溶液質量濃度增大，遊離表麵活性劑與水分子結合的乙氧基鏈段構型發生變化，在擴散過程中表麵活性劑與水之間的作用力減弱，同時擴散過程中靠近表麵活性劑的水分子附近應力場發生畸變，易形成空位和活化能降低，有利於後麵表麵活性劑的擴散，這種狀況在遊離的表麵活性劑分子濃度達到頂峰時，即cmc附近最為顯著，之後由於膠束的形成，會在一定程度上破壞這種行為，導致擴散速率降低。當質量濃度大於cmc時，短時間內，表麵張力下降到很低的數值（見圖2），說明短時間內表麵層已經吸附一定量溶質單分子，形成一定的表麵壓，而表麵壓可產生一定的吸附勢壘，影響分子從次表麵層到表麵層的擴散速率，吸附轉而由混合動力控製，此時溶液已不是稀溶液，方程（2）不再適用。

2.3.2吸附後期

吸附後期，即方程（3）中的t-1/2數值較小，吸附層吸附與解吸接近平衡，DST變化較小。以gamma（t）對t^{-1/2}作圖，見圖4.由圖4中可見，VAEO{}_{10}和VAEO{}_{20}的gamma（t）與t-1/2在後期（t>9000ms）為直線關係，這符合方程（3）給出的關係，在t→∞時，t{}^{-1/2}的係數可看作恒定值。同時，直線的截距應為各質量濃度下的gamma_{text{eq}}.通過截距求得y,與吊環法得到的靜態表麵張力gamma_{eq}實驗值相接近，結果如表2所示。因此可用方程（3）來計算接近平衡時（吸附後期）的擴散係數，為了與吸附前期的D相區別，稱之為DL.

量濃度的D_{L},範圍在0.23times 10^{-12}sim 1.10times 10^{-12}——m^{2}/s之間。分別與同一質量濃度下吸附前期擴散係數D（見表1）比較，D_{L}低於D1——2個數量級，D_{L}/D均遠小於1,表明吸附後期存在方程（4）定義的吸附勢壘varepsilon_{a}.在吸附後期，一方麵，氣/液界麵可吸附空位減少，表麵活性劑分子不能有效吸附在空位上；另一方麵，表麵吸附量增加，溶液表麵壓隨之升高，隻有部分高於某一活化能的分子才能夠吸附，同時，從氣/液界麵解吸的分子數增多，一部分聚集到次表麵，擴散勢能增加，進一步影響吸附速率。因此，吸附後期表麵活性劑的吸附不符合擴散控製吸附模型，而符合混合動力控製吸附模型。上述吸附後期擴散係數D_{L}即為表觀擴散係數D_{a}.

由圖4中直線部分的斜率求得小於cmc的不同質量濃度的D_{L},範圍在0.23times 10^{-12}sim 1.10times 10^{-12}——m^{2}/s之間。分別與同一質量濃度下吸附前期擴散係數D（見表1）比較，D_{L}低於D1——2個數量級，D_{L}/D均遠小於1,表明吸附後期存在方程（4）定義的吸附勢壘varepsilon_{a}.在吸附後期，一方麵，氣/液界麵可吸附空位減少，表麵活性劑分子不能有效吸附在空位上；另一方麵，表麵吸附量增加，溶液表麵壓隨之升高，隻有部分高於某一活化能的分子才能夠吸附，同時，從氣/液界麵解吸的分子數增多，一部分聚集到次表麵，擴散勢能增加，進一步影響吸附速率。因此，吸附後期表麵活性劑的吸附不符合擴散控製吸附模型，而符合混合動力控製吸附模型。上述吸附後期擴散係數D_{L}即為表觀擴散係數D_{a}.

2.4 VAEO以膠束形式存在時對吸附行為的影響

有膠束存在的溶液的吸附機理較複雜，膠束的形成和分離分為快過程和慢過程兩個階段{}^{[19]}.快過程指膠束釋放單個分子進人本體溶液，所用時間為tau_1,同時，本體溶液的單個表麵活性劑分子快速進入膠束，這個過程很短left（10^{-6}sim 10^{-4}——sright）^{[20,21]},對吸附過程沒有影響，因此tau_1可以忽略。慢過程是指整個膠束完全破裂，所用時間tau_2,即膠束壽命，如果時間足夠短，膠束破裂釋放出來的表麵活性劑分子就會參與吸附，對吸附行為造成影響，如果膠束存在壽命tau_2較長，大於到達gamma_{eq}所需時間t_{eq},膠束釋放出的表麵活性劑分子則不會參與吸附過程。因此tau_2的長短決定膠束是否影響吸附行為，這裏僅討論tau_2對吸附機理的影響。

VAEO質量濃度大於cmc時，溶液中有膠束產生。對於膠束溶液，不同質量濃度下的膠束壽命tau_2可用方程（7）求出。

經計算得，（dγ/dt-1/2）cmc/（dγ/dt-1）c>cmc與溶液質量濃度成負相關，從方程（7）可知膠束壽命與質量濃度成正相關，即在有膠束存在的溶液中，質量濃度越高，τ2越長。可以通過比較DST達到平衡的時間與τ2的長短得出膠束中表麵活性劑分子是否參與界麵吸附，從而確定其是否影響吸附行為。本實驗中質量濃度大於cmc的溶液，達到吸附平衡的時間最長為0.25s（t-1/2=2s-1/2,見圖4）。膠束最短壽命時間來自VAEO10,圖5顯示VAEO10的（dγ/dt-1/2）cmc/（dγ/dt-1）c≈cmc=0.83s1/2,代入方程（7）計算得τ2=1.14s,大於0.25s,表明膠束對VAEO10和VAEO20的吸附機理影響較小。因此，質量濃度大於cmc的VAEO溶液在吸附前期和後期的吸附模型都屬於混合動力控製吸附。

從以上對VAEO10和VAEO20在氣/液界麵的吸附行為的研究可知，當質量濃度小於cmc時，二者在吸附前期均表現為擴散控製吸附，擴散係數D的數量級為10-11m2/s,在吸附後期均為混合動力控製吸附，表觀擴散係數Da的數量級為10-12m2/s.膠束存在時，τ2較長，大於到達γeq所需時間teq,膠束形成不影響表麵張力隨時間的變化趨勢。據文獻報道,壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO9）濃度小於cmc時的擴散係數為3.9×10-10m2/s（滴體積法），平衡表麵張力為30.6mN/m,可推測NPEO10的擴散係數在3.9×10-10m2/s附近，大於本研究中VAEO10的擴散係數。VAEO的疏水部分分子結構比NPEO的大，前者較後者多一個縮醛環和一個甲氧基，這兩個基團一方麵造成VAEO的空間體積較大，另一方麵，縮醛環中的——O-與水分子可能形成氫鍵，均增加了VAEO擴散時的阻力，因而降低了擴散速率。

3結論

利用最大氣泡壓力法測定VAEO溶液的動態表麵張力，研究了不同質量濃度下吸附前期與吸附後期的氣/液界麵吸附機理。當VAEO質量濃度低於cmc時，VAEO在吸附前期符合擴散控製吸附模型，擴散係數D的數量級為10-11m2/s，吸附後期符合混合動力控製吸附模型，這與大多數非離子型表麵活性劑的表現相同。當VAEO質量濃度大於cmc,即當膠束存在時，膠束壽命大於吸附平衡時間，膠束對吸附行為影響不大，仍為混合動力控製吸附。