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摘 要：很多气液传质研究中，都对表面活性剂进行了介绍。很多研究者经过大量的研究实验认为，表面活性剂可以减少起液传质膜系数。某些学者认为比较少的表面活性剂就能够让界面形成一层薄膜，正是由于此薄膜的出现，形成了比较大的应力，使得气液传质表面运动无法正常进行。事实上，气液相际传质经常会出现界面湍动，只是湍动的中强弱不同。表面活性剂的应用能够在一定程度上改变界面湍动强弱状态，同时也会对界面浓度形成非常强烈的影响。本文探讨了表面活性剂对气液传质的具体影响，仅供参考借鉴。
关键词：表面活性剂；气液传质；影响
气液传质是化工中时常出现的一种现象。因为现阶段所有有关气液传质的研究都是站在宏观角度上进行，还无法从根本上探讨出气液传质的特征以及所存在的机理。现如今我们熟知的各种有关气液传质的理论，都是在原有经验基础上获得，并不能从微观上反映出传质所存在的具体机理，所以这些经验理论只能够应用在特定环境下，拥有着非常大的局限性。表面活性剂对气液传质存在着一定的影响，这已经得到共识，但是具体产生哪些影响，却很少有人了解，在此笔者就详细介绍。
1 表面活性剂与气液传质介绍
1.1 表面活性剂
表面活性剂（surfactant），是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。
表面活性剂因其具有抗粘性与湿润性、乳化性与破乳性、分散性、抗静电性等优势，因此在现实生活中经常被使用，现如今已经成为广为人知的精细化工产品。表面活性剂除了最初大家熟知的洗涤剂功能外，还应用在红化妆品行业，比如乳霜、洁面乳等都含有该成分，运用的是表面活性剂湿润性原理。此外，制备药剂期间所需要的乳化剂、湿润剂等都含有表面活性剂成分。
1.2 气液传质
气液传质出现在各种工业过程中，比如化工行业、炼油行业、环保行业等，因为气液传质过程非常复杂，又没有最有效的测试手段，因此对此研究非常缓慢，与之相关的机理研究也非常难。由于现代工业发展异常迅速，整体能源缺乏，生态环境问题又十分恶劣，在这一背景下，如果能够强化气液传质过程，就能够提升效率，对设备尺寸也不会有过高的要求，以此来减少设备运行费用，这对促进我国低耗能、高效率的工业生产的实现有着积极的作用。目前传质设备结构相对很成熟，在此基础上探讨表面活性剂对气流传质的影响就非常便利，由此也能够加强传质强化的研究。
2 表面活性剂对气流传质的影响
对于吸收过程，可以认为气体分子首先在界面处与液相分子结合，结合之后分子才能够向液相内部传递。当界面处存在一些活性组分时，还可能存在一种络合态，这种络合态在界面处向船一样载着气体分子向液相内部输送，然后分离，载体分子再回到界面，最终的吸收将受到这一过程的影响。因此，界面张力、界面的分子结构、气体分子与液体分子结合的分子间作用力以及界面湍动都将对吸收过程产生重要影响。如果在吸收过程中加入一些微量的活性分子，会对界面性质产生影响从而最终导致整个吸收过程的传质速率的改变，这种影响可能强化了吸收过程，也可能抑制了吸收过程。表面活性剂对气流传质的影响如下：
表面活性剂在溶液中倾向于集中在液体表面并引起表面或界面的张力发生显著变化，导致表面流体动力学发生变化，从而影响传质速率。某学者在实验中让流体流过一固体球，表面活性剂同样也产生了界面阻力，但随着表面活性剂浓度的增大，界面阻力消失。这表明少量表面活性剂形成固定表面膜，抑制表面湍动，而大量表面活性劑则可增大剪切力，破坏固定表面膜，促进传质。
某学者采用全息干涉法研究了二氧化碳在静止液体中的吸收，得到了加入表面活性剂前后不同时间下的干涉条纹，发现表面活性剂的加入产生了界面阻力，但阻力的大小不随表面活性剂浓度而改变。
某学者使用界面阻抗桥装置研究了高湍动强度下的气体吸收过程，结果表明：易溶的表面活性剂形成的表面膜能够抑制界面湍动，降低传质速率，而难溶的表面活性剂形成的表面膜容易破裂，对传质速率无影响。
某学者以水吸收NH3为研究对象，对加入各种表面活性剂的传质系数进行了测定，发现当水中加入某些易溶表面活性剂时，将对NH3的吸收起促进作用，这被认为是表面活性剂的加入产生Marangoni效应，从而导致的表面张力梯度所造成的；而难溶表面活性剂则对传质表现为抑制作用。对此，一种解释是刚性表面膜不具有表面张力梯度，另一种解释是刚性表面膜抑制对流，使表面稳定。并得到如下结论：对于极性基一定的难溶表面活性剂膜，当表面浓度一定时，其对传质的阻滞作用随非极性基链长的增加而增强；一定表面浓度的难溶表面活性剂膜层，各种极性基的影响取决于碳链的长度。对于八碳链，阻滞效应由强到弱的顺序为：醇>胺>酰胺；对于长碳链（如二十二碳原子），极性基只对阻滞效应有微小影响。
近年来，从理论和实验上研究表面活性剂对气液或液液传质的影响比较活跃。其主要结果认为：当存在微量表面活性剂时，就会引起界面张力发生变化。一般而言，表面活性剂分子会形成一层表面膜，减弱或消除了表面运动。这种表面膜的存在对传质速率有两个重要的影响：通常是减弱并消除了Marangoni效应，同时对通过界面的扩散引入了表面阻力。传质速率的减小可能较大，但也有例外，当表面活性剂存在时，也可能促进Marangoni对流的产生而促进传质。
结束语
综上研究，可知表面活性剂对气液传质有着非常明显的影响，在没有加入表面活性剂时，气流传质经常会出现界面湍动，如果位于流速非常低的状态或者处于完全静止的状态，界面湍动就会在某一个上开始，之所以如此，这与界面传质自身存在的不均匀性有一定的关系，待到流速逐渐增大时，界面湍动的不均匀性会随着减弱，但却会出现界面波动。但是加入表面活性剂后，气流传质界面湍动得到了非常好的抑制，而且传质速率也明显降低。
参考文献
[1]马友光，汪晓红，成弘，余国琮.气泡传质过程近界面非稳态特性及其热力学研究[J].化学工程，2000（4）.
[2]马友光，杨雄文，冯惠生，余国琮.界面湍动对气液传质的影响[J].化学工程，2004（4）.
[3]马友光，高瑞昶，冯惠生，余国琮.吸收过程的界面传质机理[J].化学工程，2003（1）.
[4]成弘，周明，余国琮.强化气液两相传质的研究进展[J].化学进展，2001（4）.
[5]牛晓红，宋云华，陈建铭，初广文，赵雪梅.不同内部结构定-转子反应器气液传质实验研究[J].高校化学工程学报，2009（3）.
关键词：表面活性剂；气液传质；影响
气液传质是化工中时常出现的一种现象。因为现阶段所有有关气液传质的研究都是站在宏观角度上进行，还无法从根本上探讨出气液传质的特征以及所存在的机理。现如今我们熟知的各种有关气液传质的理论，都是在原有经验基础上获得，并不能从微观上反映出传质所存在的具体机理，所以这些经验理论只能够应用在特定环境下，拥有着非常大的局限性。表面活性剂对气液传质存在着一定的影响，这已经得到共识，但是具体产生哪些影响，却很少有人了解，在此笔者就详细介绍。
1 表面活性剂与气液传质介绍
1.1 表面活性剂
表面活性剂（surfactant），是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。
表面活性剂因其具有抗粘性与湿润性、乳化性与破乳性、分散性、抗静电性等优势，因此在现实生活中经常被使用，现如今已经成为广为人知的精细化工产品。表面活性剂除了最初大家熟知的洗涤剂功能外，还应用在红化妆品行业，比如乳霜、洁面乳等都含有该成分，运用的是表面活性剂湿润性原理。此外，制备药剂期间所需要的乳化剂、湿润剂等都含有表面活性剂成分。
1.2 气液传质
气液传质出现在各种工业过程中，比如化工行业、炼油行业、环保行业等，因为气液传质过程非常复杂，又没有最有效的测试手段，因此对此研究非常缓慢，与之相关的机理研究也非常难。由于现代工业发展异常迅速，整体能源缺乏，生态环境问题又十分恶劣，在这一背景下，如果能够强化气液传质过程，就能够提升效率，对设备尺寸也不会有过高的要求，以此来减少设备运行费用，这对促进我国低耗能、高效率的工业生产的实现有着积极的作用。目前传质设备结构相对很成熟，在此基础上探讨表面活性剂对气流传质的影响就非常便利，由此也能够加强传质强化的研究。
2 表面活性剂对气流传质的影响
对于吸收过程，可以认为气体分子首先在界面处与液相分子结合，结合之后分子才能够向液相内部传递。当界面处存在一些活性组分时，还可能存在一种络合态，这种络合态在界面处向船一样载着气体分子向液相内部输送，然后分离，载体分子再回到界面，最终的吸收将受到这一过程的影响。因此，界面张力、界面的分子结构、气体分子与液体分子结合的分子间作用力以及界面湍动都将对吸收过程产生重要影响。如果在吸收过程中加入一些微量的活性分子，会对界面性质产生影响从而最终导致整个吸收过程的传质速率的改变，这种影响可能强化了吸收过程，也可能抑制了吸收过程。表面活性剂对气流传质的影响如下：
表面活性剂在溶液中倾向于集中在液体表面并引起表面或界面的张力发生显著变化，导致表面流体动力学发生变化，从而影响传质速率。某学者在实验中让流体流过一固体球，表面活性剂同样也产生了界面阻力，但随着表面活性剂浓度的增大，界面阻力消失。这表明少量表面活性剂形成固定表面膜，抑制表面湍动，而大量表面活性劑则可增大剪切力，破坏固定表面膜，促进传质。
某学者采用全息干涉法研究了二氧化碳在静止液体中的吸收，得到了加入表面活性剂前后不同时间下的干涉条纹，发现表面活性剂的加入产生了界面阻力，但阻力的大小不随表面活性剂浓度而改变。
某学者使用界面阻抗桥装置研究了高湍动强度下的气体吸收过程，结果表明：易溶的表面活性剂形成的表面膜能够抑制界面湍动，降低传质速率，而难溶的表面活性剂形成的表面膜容易破裂，对传质速率无影响。
某学者以水吸收NH3为研究对象，对加入各种表面活性剂的传质系数进行了测定，发现当水中加入某些易溶表面活性剂时，将对NH3的吸收起促进作用，这被认为是表面活性剂的加入产生Marangoni效应，从而导致的表面张力梯度所造成的；而难溶表面活性剂则对传质表现为抑制作用。对此，一种解释是刚性表面膜不具有表面张力梯度，另一种解释是刚性表面膜抑制对流，使表面稳定。并得到如下结论：对于极性基一定的难溶表面活性剂膜，当表面浓度一定时，其对传质的阻滞作用随非极性基链长的增加而增强；一定表面浓度的难溶表面活性剂膜层，各种极性基的影响取决于碳链的长度。对于八碳链，阻滞效应由强到弱的顺序为：醇>胺>酰胺；对于长碳链（如二十二碳原子），极性基只对阻滞效应有微小影响。
近年来，从理论和实验上研究表面活性剂对气液或液液传质的影响比较活跃。其主要结果认为：当存在微量表面活性剂时，就会引起界面张力发生变化。一般而言，表面活性剂分子会形成一层表面膜，减弱或消除了表面运动。这种表面膜的存在对传质速率有两个重要的影响：通常是减弱并消除了Marangoni效应，同时对通过界面的扩散引入了表面阻力。传质速率的减小可能较大，但也有例外，当表面活性剂存在时，也可能促进Marangoni对流的产生而促进传质。
结束语
综上研究，可知表面活性剂对气液传质有着非常明显的影响，在没有加入表面活性剂时，气流传质经常会出现界面湍动，如果位于流速非常低的状态或者处于完全静止的状态，界面湍动就会在某一个上开始，之所以如此，这与界面传质自身存在的不均匀性有一定的关系，待到流速逐渐增大时，界面湍动的不均匀性会随着减弱，但却会出现界面波动。但是加入表面活性剂后，气流传质界面湍动得到了非常好的抑制，而且传质速率也明显降低。
参考文献
[1]马友光，汪晓红，成弘，余国琮.气泡传质过程近界面非稳态特性及其热力学研究[J].化学工程，2000（4）.
[2]马友光，杨雄文，冯惠生，余国琮.界面湍动对气液传质的影响[J].化学工程，2004（4）.
[3]马友光，高瑞昶，冯惠生，余国琮.吸收过程的界面传质机理[J].化学工程，2003（1）.
[4]成弘，周明，余国琮.强化气液两相传质的研究进展[J].化学进展，2001（4）.
[5]牛晓红，宋云华，陈建铭，初广文，赵雪梅.不同内部结构定-转子反应器气液传质实验研究[J].高校化学工程学报，2009（3）.