كننده دارند. بخشهاي آب گريز در مواد فعال سطحي رايج امروزي به 7 دستهي اسيدهاي چرب، پارافينها، اولفينها، الكيل بنزنها، الكلها، آلكيل فنولها، پلي اكسي پروپلين تقسيم ميشوند. بخش آب دوست موجود در مواد فعال سطحي امروزي به دو بخش كلي تقسيم ميشوند:
بخش اول شامل گروههايي است كه در محلولهاي آبي يونيزه ميشوند و بخش دوم بر خلاف بخش اول در آب يونيزه نميشوند. گروههاي آب دوست رايج شامل مواد سولفونات، سولفات، كربوكسيلات، آمين نوع چهارم، پلي اكسي اتلين، ساكارز، پلي پپتيد ميباشند. چهار نوع اول يوني و سه نوع آخر غير يوني ميباشند.
در محلولهاي آبي و در غلظتهاي پايين، مولكولهاي سورفكتانت به صورت منومر، ديمر يا تريمر يافت ميشوند. وقتي غلظت از غلظت بحراني ميسل فراتر رود، مولكولهاي سورفكتانت با اتصال به يكديگر تجمع يافته و گروهي متشكل از
60 تا 100 منومر را تشكيل ميدهند كه ميسل ناميده ميشود (شکل2-4).

شکل2-3- ساختار کلي يک سورفکتانت.

شکل2-4- تعادل بين منومرهاي سورفکتانت و ميسل در غلظتهاي بالاتر از غلظت بحراني ميسل.

بسته به ماهيت، غلظت سورفکتانت و حلال بهکار برده شده ساختارهاي متفاوت ديگري شامل ميسل معکوس، ميکرو امولسيون، وسيکل تک لايه و دو لايه ميتوانند تشكيل شوند. در شکل 2-5 ساختارهاي مربوط به انواع مجموعههاي ميسلي آورده شده است [57و58].
2-2-4- برهمكنش گونهها با ساختارهاي ميسلي
يكي از مهمترين خصوصيات ميسلها قدرت حل كنندگي آنها براي گونههاي غيرمحلول يا كم محلول در آب ميباشد. تركيبات كم محلول ميتوانند از طريق برهمكنشهاي آبگريز يا الكترواستاتيك با ميسلها، در محلولهاي آبي حل شوند. بسته به ماهيت ماده و نوع سيستم ميسلي به كار رفته، حل شونده ممكن است به نقاط مختلفي از ميسل اتصال يابد. در محلولهاي آبي، حل شوندههاي غيرقطبي بيشتر به بخش آبگريز هستهي ميسل متصل ميشوند. مواد با قطبيت پايين نظير اسيدهاي چرب و الكلها در لايهي غشايي ميسل قرار ميگيرند و تركيبات قطبي به بخش بيروني ميسل كه قطبيتر است متصل ميشوند. بهعلاوه يونهاي فلزي ميتوانند بهصورت الكترواستاتيك با سر قطبي ميسل برهمكنش دهند و يا پس از تبديل به يك كمپلكس آبگريز به داخل هستهي مركزي ميسل استخراج گردند.

شکل2-5- ساختارهاي منظم مولکولي ايجاد شده توسط مولکولهاي سورفکتانت.
2-2-5- دسته بندي سورفکتانتها
براساس طبيعت گروه آبدوست در مولكول، سورفكتانتها در چهارگروه زير قرار ميگيرند(جدول 2-5):
2-2-5-1- سورفكتانتهاي آنيوني
در اين دسته از سورفكتانتها گروه آبدوست داراي بار منفي ميباشد. اين سورفكتانتها را ميتوان بهصورت R-X نمايش داد كه Xگروه آبگريز وR ميتواند كربوكسيلات ((RCOO-، سولفونات(-(RSO، سولفات-)3 (ROSOو غيره باشد اين نوع سورفكتانتها در پاك كنندهها كاربرد گستردهاي دارد.
2-2-5-2- سورفكتانتهاي كاتيوني
اين دسته از سورفكتانتها داراي گروه قطبي با بار مثبت ميباشند. در ساختار اكثرسورفكتانتهاي كاتيوني تجاري، نظير هاليدهاي آمين نوع چهار (Cl-+N4R) اتم نيتروژن با بار مثبت حضور دارد.

جدول 2-5- طبقه بندي سورفکتانتها [59].
گروه
ويژگيها
مثال
آنيوني
گروه آبدوست داراي بار منفي ميباشد
سديم دودسيل سولفات
(SDS)
کاتيوني
گروه آبدوست داراي بار مثبت ميباشد
ستيل تري متيل آمونيوم برميد
(CTAB)
غير يوني
گروه آبدوست هيچ نوع باري ندارد
پلي اکسي اتيلن (23)
دو قطبي
ملکول آن داراي هر دو گروه آنيوني و کاتيوني ميباشد
4- (دو دسيل دي متيل آمونيوم) بو تيرات (DAB)

2-2-5-3- سورفكتانتهاي آمفوتري (دو خصلتي)
در مولكول اين سورفكتانتها هم بار منفي و هم بار مثبت وجود دارد اما مولكول ازلحاظ الكتريكي خنثي است. سولفابتائين -3SO2CH2CH2(3CH)+RN و بتائينها.-COO2CH+N3R از اين دستهاند و با توجه به pH محيط خاصيت آنيوني، کاتيوني يا خنثي از خود نشان ميدهند.
2-2-5-4- سورفكتانتهاي غيريوني
در اين دسته، گروه آبدوست سورفكتانت بدون بار بوده و به علت قطبيت بالاي گروهها، مثلاً پلي اكسي اتيلن (-O-2CH-2CH-O-)، در آب حل ميشوند.
2-2-6- بررسي رفتار فازي سيستمهاي سورفكتانتي
وقتي غلظت سورفكتانت در محلول آبي از غلظت بحراني ميسل فراتر ميرود مولكولهاي سورفكتانت در اثر تجمع با يكديگر مجموعههاي كروي تحت عنوان ميسل را تشكيل ميدهند. دادههاي حاصل از روش پراكندگي نوري، عدد تجمع ميسلها را در حدود 60 تا 100 منومر تخمين زده است. تشكيل ميسل منجر به تغيير در برخي از خواص فيزيكي سيستم از جمله رسانايي الكتريكي و كشش سطحي محلول ميشود. در محلولهاي رقيق، ميسلها كروي بوده و حالت ترموديناميكي پايداري دارند. اما در محلولهاي غليظ (تقريباً بالاتر از %10) شكل ميسلها تغيير مييابد و ميسلها از حالت كروي بهصورت صفحات موازي در ميآيند .وقتي محلول آبي يك سورفكتانت غيريوني (در غلظتي بالاتر از غلظت بحراني ميسل) تا دمايي بالاتر از دماي نقطهي ابري، حرارت داده شود محلول كه در آغاز تكفاز و شفاف بود ابري (كدر) شده و به دو فاز مجزا تبديل ميگردد. فرآيند ابري شدن برگشت پذير بوده و با سرد كردن محلول به زير دماي ابري، محلول دوباره شفاف ميشود. ابري شدن به شكستن پيوند هيدروژني بين ميسلها و آب و افزايش در عدد تجمع ميسلها در اثر افزايش دما مربوط است. با افزايش دما و به تبع آن افزايش در ابعاد ميسلها نور عبوري از محلول پراكنده شده و محلول به شکل ابري ديده ميشود. ابري شدن عموماً در گسترهي کوچكي از دما رخ ميدهد. دماي نقطهي ابري به طبيعت و غلظت سورفكتانت و حضور گونههاي آلي و معدني بستگي دارد. در يك سري همولوگ از سورفكتانتهاي غيريوني حاوي گروههاي پلي اكسي اتيلن با كم شدن طول زنجيرهي هيدروكربني و با افزايش گروههاي پلي اكسي اتيلن دماي نقطهي ابري افزايش مييابد .شاخه دار شدن گروه آبگريز و يا جايگزيني گروه هيدروكسيل انتهايي با گروه متوكسي منجر به كاهش دماي ابري ميشود. همچنين حضور سورفكتانتهاي ديگر، اسيدها، بازها و افزودنيهاي آلي ميتواند دماي ابري محلولهاي سورفكتانتي را تغيير دهد. غلظت بحراني ميسل و دماي نقطهي ابري براي شماري از سورفکتانتهاي غيريوني در جدول 2-6 آورده شده است [60].
برخي الكتروليتها نظير كلريدها، سولفاتها و كربناتها از طريق پديدهي نمك زني26 دماي نقطهي ابري را كاهش ميدهند. الكتروليتهاي ديگري نظير نيتراتها، يديدها و تيوسياناتها از طريق پديده نمک فزوني27 باعث افزايش انحلالپذيري سورفكتانت شده و دماي نقطهي ابري را افزايش ميدهند[67-61].
محلول آبي سورفكتانتهاي دو خصلتي برعكس سورفكتانتهاي غيريوني، در دماهاي بالا تك فازي بوده و با سرد كردن محلول به زير دماي ابري، محلول دوفازي ميشود. شکل 2-6 نمودار فازي سورفكتانتهاي غيريوني و سورفكتانتهاي دو خصلتي را نمايش ميدهد. تفاوت عمده در دياگرام فازي سورفكتانتهاي غيريوني و سورفكتانتهاي دو خصلتي در اين است كه در سورفكتانتهاي غيريوني ابري شدن با افزايش دما و در سورفكتانتهاي دو خصلتي ابري شدن با كاهش دما رخ ميدهد.
محلولهاي آبي برخي از سورفكتانتهاي يوني ميتوانند با تغيير پارامترهايي نظير pH، افزايش الكتروليتي با غلظت بالا يا افزايش حلالهاي آلي متحمل جدايي فاز گردند. اين جدايي فاز در محلولهاي حاوي دو كلوئيد آبدوست پخش شده با بار الكتريكي متضاد نيز رخ ميدهد كه از آن به عنوان هم انباشتگي28 نام برده ميشود. سورفكتانتهاي آلكيل تري متيل آمونيم در حضور سديم كلريد اشباع و 1 -اكتانول متحمل جدايي فاز ميشوند [68].

جدول2-6- CMC و CPT براي شماري از سورفكتانتهاي غيريوني
سورفکتانت
نام تجاري
CMC
(mM/l)
CPT
(?C)
پلي اکسي اتيلن 4 لوريل اتر
(4E12C)30Brij
064/0
2
پلي اکسي اتيلن 6 لوريل اتر
6E12C
068/0
3/50
پلي اکسي اتيلن 10 لوريل اتر
(10E12C)Pole
09/0
77
پلي اکسي اتيلن 8 دودکانول
80Genapole X
05/0
75
پلي اکسي اتيلن 5/7 نونيل فنيل اتر
5/7PONPE
085/0
5
پلي اکسي اتيلن 5/9 اکتيل فنيل اتر
تريتون 100-X
24/0
64
پلي اکسي اتيلن 10 ستيل اتر
56Brij
(10E16C)
0006/0
69

شکل2-6- نمودار فازي براي سورفكتانتهاي غيريوني aو سورفكتانتهاي دو خصلت b.
سورفكتانتهاي آنيوني نظير سديم دودسيل سولفات، سديم دودسيل بنزن سولفونيك اسيد و اكتانوات پرفلوريد در دماي اتاق در اثر تغيير pH تغيير فاز ميدهند [72-69]. تفاوت روش استخراج نقطهي ابري و هم انباشتگي در اين است كه در روش استخراج نقطهي ابري جدايي فاز سورفكتانتهاي خنثي (غيريوني و دو خصلتي) با تغيير در دماي محلول رخ ميدهد، در حالي كه در روش هم انباشتگي براي جدايي فاز از سورفكتانتهاي يوني استفاده ميشود و ابري شدن با تغيير در pH يا قدرت يوني محلول القا ميشود.
2-2-7- مراحل استخراج نقطهي ابري
روش استخراج نقطهي ابري شامل سه مرحله ميباشد که در شکل 2-7 نشان داده شده اند:
1) انحلال گونهها در تجمعات ميسلي،
2) تغيير در شرايط فيزيكي محلول به منظور دوفازي کردن آن،
3) جدايش نمودن فاز غني از سورفكتانت از تودهي فاز آبي.

شکل2-7- نمايش طرحوار استخراج نقطهي ابري، حل شدن آناليت ها در مجموعهي
ميسلي(A-B)، ابري شدن (C) ، جدايي فازها (D)

به منظور استخراج گونهي مورد نظر از محلول، ابتدا سورفكتانت مورد نظر در غلظتي بالاتر ازغلظت بحراني ميسل به محلول افزوده ميشود. در روش استخراج با نقطهي ابري بيشتر از سورفکتانتهاي غيريوني استفاده ميشود زيرا ميسلهاي تشكيل شده از اين سورفكتانتها ابعاد بزرگتري نسبت به ساير سورفكتانتها داشته و همچنين ازغلظت بحراني كمتري برخوردارند كه باعث كاهش مصرف سورفكتانت ميگردد. بنابراين استخراج با افزودن مقدار كمي از اين سورفكتانتها ميّسر ميگردد.
پس از تشكيل ميسل در محلول، مجموعهي ميسلي با گونههاي مختلف موجود در محلول برهمكنش ميدهند. بسته به قدرت اتصال حل شونده به ميسل ميزان استخراج تركيبات مختلف متفاوت است [11و71].
Solute + Micelle? ( Micelle- bound Soulte (2-1)
Kb = C_mic/(C_aq C_d )(2-2)
(2-3) D =C_mic/C_aq
D ضريب توزيع حل شونده بين محلول آبي و ميسل، Cmic غلظت تعادلي حل شونده در فاز ميسلي، Caqغلظت تعادلي حل شونده در محلول آبي و Cd غلظت تجزيهاي سورفكتانتي است که به شکل ميسل وجود دارد و برابر با غلظت كل سورفكتانت منهاي غلظت بحراني ميسل است.
Kb طبق رابطهي زير به D مربوط ميشود كه Vدر آن حجم مولي جزيي حل شونده است [72و73].
Kb = (D – 1) V (2-4)
در مرحلهي بعدي دماي محلول تغيير داده ميشود تا پديده ابري شدن رخ دهد. محلول سورفكتانتهاي غيريوني با گرم كردن محلول به يک دماي بالاتر از نقطهي ابري كدر ميشوند. در مورد محلول سورفكتانتهاي دو خصلتي بالعكس با سرد كردن محلول تا زير دماي ابري دوفازي شدن رخ ميدهد. مطابق مطالعات کژلاندر29 هر مولكول سورفكتانت از طريق سر قطبي خود با تعدادي از مولكولهاي آب پيوند هيدروژني تشكيل ميدهد. با افزايش دما در پي افزايش آنتروپي اين شبكه تخريب شده و نيروهاي واندروالس بين مولكولهاي سورفكتانت برقرار ميشوند كه منجر به جدايي فاز ميگردد. اين جدايي

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید