2 結果與討論

2.1 動態表面張力

AE2S在200 g/L NaCl溶液環境中發生輕微鹽析（穩定且無沉淀）。因此，使用拉板法測量靜態表面張力將不準確。因此，采用1.2.1節描述的芬蘭Kibron EZ-Pi Plus便攜式動態表面張力儀及Wilhelmy板法測量動態表面張力。AE2S、AE5S和AE7S在不同質量條件下的動態表面張力曲線如圖4所示。

泡沫生成過程中表面張力的降低可以促進液膜的形成。然而，如果表面張力降低速率過慢或小于液膜的擴張和破裂速率，表面活性劑將無法產生穩定的泡沫。如圖4所示，在無NaCl條件下，AE5S和AE7S表現出更快的進入平衡區域的速率。這一現象可歸因于具有更多EO單元的AES膠束具有更大的表面積和更低的表面電荷密度，這導致分子間靜電排斥減弱，使其能夠更高效地重新排列并覆蓋氣液界面。在含NaCl條件下，AE2S能夠實現更低的表面張力。這可能是因為NaCl的加入降低了三種AES的表面電荷，導致分子間靜電排斥減弱。然而，隨著環氧乙烷加成量的增加，分子體積和氣液界面處的空間位阻也增加，導致AE2S更快地降低表面張力。

為了進一步研究三個體系表面張力隨時間的變化，引入Ward-Tordai方程和Joos方程的近似解進行分析。該經驗公式由公式（2）和（3）給出。

其中t為時間，γ?、γ_eq和γ(t)分別為純溶劑的表面張力、混合體系平衡時的表面張力和混合體系在t時刻的表面張力。R為氣體常數，n為物質的量，T為溫度，c?為濃度，D為擴散系數，Γ為吸附量。

變量γ(t)t→0和γ(t)t→∞分別與t^(1/2)和t^(-1/2)呈線性相關。圖5展示了動態表面張力γ_t隨t^(±1/2)的變化。特別是，當使用t^(1/2)作為自變量時，以γ?-γ_t為因變量的擬合直線斜率為k_t→0；當使用t^(-1/2)作為自變量時，以γ_t-γ_eq為因變量的擬合直線斜率為k_t→∞。兩個值分別通過將曲線擬合到相應的D_t→0和D_t→∞獲得。如表1所示，對于所有AEnS表面活性劑，D_t→∞始終大于D_t→0。這歸因于在吸附開始時，AEnS的吸附勢壘相對較低，導致更多的吸附空位。此外，D_t→∞/D_t→0的結果均小于1，表明吸附過程受混合吸附控制。

2.2 界面張力

界面張力可視為液體界面處單位長度的收縮力。根據Wilhelmy板法原理，在80°C下使用芬蘭Kibron Delta-8界面張力儀測量不同NaCl質量濃度下不同AEnS在石油醚-水界面的界面張力。表面張力γ根據公式（4）計算：

其中F為儀器測量的垂直作用于鉑金板的力，p為鉑金板的周長，θ為接觸角。由于鉑金板經過親水處理，接觸角θ≈0°，故cosθ≈1，公式簡化為γ = F/p。測得的平衡油水界面張力（γ）值如表2所示。

在無NaCl條件下，界面張力達到10?1數量級，表明較高的界面張力對應更優的泡沫性能。這種差異可歸因于基于界面張力評估泡沫性能時需要考慮特定環境。此外，討論應考慮特定范圍內的界面張力。

在100 g/L和200 g/L NaCl存在下，界面張力分別達到10?1和10?2數量級，后者非常接近超低界面張力。油水界面張力隨EO加成數的減少而降低，特別是在NaCl存在時。這可能歸因于親水基團體積、分子面積和分子堆積的增加。

總體而言，界面張力隨表面活性劑溶液中NaCl含量的增加而迅速降低。這是因為AEnS是陰離子表面活性劑，Na?能夠中和此類表面活性劑分子的負電荷，從而減少它們之間的靜電排斥。這使得它們更容易在界面處被吸附并更緊密地排列，進而更有效地降低界面張力。由于AEnS分子結構中的EO不帶電荷，該部分結構之間的相互作用主要通過范德華力和氫鍵而非電荷相互作用。因此，Na?的加入對該部分結構的影響相對較小。

2.3 液膜厚度

液膜是泡沫中氣泡之間的薄液層，影響泡沫的機械強度和液體保持能力。在使用泡沫儀測量泡沫的同時，使用CCD相機在每個樣品的相同時間間隔（從固定時間開始）捕捉并記錄泡沫形態。使用該相機，單位像素橫向長度為3.45 μm，使用CSA軟件測量泡沫的液膜厚度，像素數反映液膜厚度。

圖6 不同氯化鈉質量濃度下AEnS的液膜照片：I-(a)無氯化鈉時的AE2S，I-(b)無氯化鈉時的AE5S，I-(c)無氯化鈉時的AE7S； Ⅱ -(a)100 g/L氯化鈉條件下AE2S， Ⅱ -(b)100 g/L氯化鈉條件下AE5S， Ⅱ -(c)100 g/L氯化鈉條件下AE7S； Ⅲ -(a)200 g/L氯化鈉條件下AE2S， Ⅲ -(b)200 g/L氯化鈉條件下AE5S， Ⅲ -(c)200 g/L氯化鈉條件下AE7S。

液膜厚度對攜液性能和泡沫半衰期有直接影響。較小的孔隙和較厚的液膜通常攜帶更多液體并具有更大的保持能力。較厚的液膜還能有效防止液體流失，從而保持較高的攜液率。較厚的液膜通常具有更高的機械強度和抗破裂能力，能更好地承受振動、剪切等外部擾動，有助于延長泡沫半衰期。較厚的液膜可以降低泡沫液體的向下排放速率，從而延長泡沫壽命。它還能更有效地防止氣體分子通過液膜的滲透和擴散，減少氣泡的合并和破裂。如圖6和表3所示，實驗結果也證實了這一點。