离子表面活性剂在乙酸铵-乙二醇低共熔溶剂中的体积、声学及电导特性研究

为解决传统挥发性有毒溶剂的环境问题，研究人员开展了一项关于阳离子表面活性剂CTAB和DTAB在乙酸铵-乙二醇低共熔溶剂(DES)中分子相互作用的研究。通过测定密度(ρ)、声速(u)和电导率(σ)，推导出表观摩尔体积(фv)、等熵压缩率(KS)等参数，揭示了DES对表面活性剂胶束行为的影响机制，为绿色溶剂在生物医药等领域的应用提供了理论依据。

　　

在化学工业追求可持续发展的背景下，挥发性有机溶剂的污染问题日益凸显。传统离子液体虽然具有独特性能，但其高昂成本和潜在毒性限制了应用。低共熔溶剂(DES)作为一种新兴绿色溶剂，因其可生物降解、低毒性和易合成的特点备受关注。然而，DES与表面活性剂的相互作用机制尚不明确，这直接影响了其在药物递送、化妆品等领域的应用潜力。

为解决这一问题，来自沙特Taif大学等机构的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，系统考察了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)在乙酸铵-乙二醇DES体系中的行为。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)表征DES结构，通过精密测量不同温度(293.15–313.15 K)下的密度、声速和电导率数据，计算了包括表观摩尔体积(ф_v)、等熵压缩率(K_S)在内的多项参数。

材料与方法
研究团队按1:2摩尔比混合铵乙酸和乙二醇合成DES，通过FTIR确认氢键网络形成。使用安东帕DMA 4500密度计测量溶液密度，声速仪测定声波传播速度，电导率仪记录溶液导电性能。所有实验均在恒温水浴中控制温度精度达±0.01 K。

FTIR分析
FTIR谱图显示DES在3200–3350 cm^?1出现宽而弱的OH伸缩振动带，证实了乙烯二醇羟基与铵离子间强氢键作用。2870–2960 cm^?1的C–H伸缩振动表明DES成功保留了原料的烷基结构特征。

热力学参数研究
表观摩尔体积(ф_v)随温度升高而增大，说明升温削弱了溶质-溶剂相互作用。CTAB的ф_v值始终高于DTAB，反映长链烷基更强的疏水效应。等熵压缩率(K_S)数据显示DES显著提高了溶液的可压缩性，这与其氢键网络的可重构性相关。

声学特性
特定声阻抗(Z)分析表明DES增加了介质对声波传播的阻力。声速数(U)的变化揭示表面活性剂浓度增加会增强溶液结构紧密度，这与胶束形成过程直接相关。

电导行为
电导率测量发现临界胶束浓度(CMC)随温度升高而降低，证实高温有利于胶束化过程。DTAB的CMC值始终高于CTAB，符合短链表面活性剂更难形成胶束的规律。

结论与意义
该研究首次系统阐明了DES对阳离子表面活性剂热力学和声学性质的影响机制。发现DES通过氢键网络调控显著改变了表面活性剂的溶合动力学和胶束形成过程。具体而言：1) DES环境增强了表面活性剂分子的定向排列；2) 温度升高会削弱溶质-溶剂相互作用但促进胶束化；3) 烷基链长度直接影响分子间作用强度。这些发现为DES在药物载体、化妆品乳化剂等领域的精准应用提供了理论指导，特别是为设计环境友好的功能性流体系统开辟了新思路。研究团队特别指出，DES可替代传统有毒溶剂用于表面活性剂配方，这符合绿色化学的发展趋势。