Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Qarternary Ammonium Surfractants Adsorbed at the Solid-Liquid Interface: A VSFS Study
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Chemistry, Surface Chemistry.ORCID iD: 0000-0003-2734-2847
2007 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The aim of the research presented in this Master of Science Thesis, was to study the adsorption of quaternary ammonium surfactants at the hydrophilic solid-liquid interface with Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy (SF-spectroscopy). Studies of both the H-bonded water region and the hydrocarbon region of the SF spectral window have been performed in an attempt to distinguish between a range of different proposed structures for the adsorbed aggregates.

The adsorption of tetradecyltrimethylammonium bromide, TTAB, with and without NaCl and didodecyldimethylammonium bromide, DDAB, at the solid-liquid (S/L) interface of alumina and water was studied at concentrations above the cmc. It has earlier been indicated by AFM-imaging that those surfactant systems form spherical and cylindrical micelles and a flat bilayer on quartz at concentrations above the cmc and it is assumed that the same applies to alumina. Our results show a very weak, if any, signal in the CH-region for all three systems and may indicate a slightly more loosely ordered water structure at the S/L interface for the case of cylindrical and spherical micelles compared to the planar bilayer. This indicates that SF-spectroscopy can probably not discriminate between flat bilayers, spherical micelles and cylindrical micelles formed by adsorption of ammonium surfactants at a charged surface.

The adsorption of TTAB at the S/L interface of alumina and water along the adsorption isotherm at high pH was also studied. The SF-spectra did not display any CH-signals of strong intensity at any concentrations. The OH-signals gradually decreased to an almost flat line, as the surfactant concentration increased. The OH-region remained flat also at surfactant concentrations above the point of zero charge and at the cmc where signal was expected. We postulate that adsorption of TTAB might not form a homogeneous layer at the interface; resulting in regions within the probed area, possessing opposite charges (negatively charged sapphire, and positively charge TTAB) aligning water molecules in opposite orientations. This could result in a total net orientation that is zero and a loss of SF signal.

For all experiments conducted using sapphire at high pH, a strong peak at ~3700 cm-1 was continually observed, especially for the pure water samples. This peak is associated to a non hydrogen bonded OH-group, a “Free-OH” and is not expected to be present at the S/L interface of alumina and water. We have proved by isotope exchange experiments that this peak originates from the S/L interface, but can not provide any explanation for the reason behind.

Abstract [sv]

Målet med den forskning som presenteras i detta examensarbete var att studera adsorption av kvarternära ammoniumtensider på en hydrofil gränsyta mellan fast fas och vätska med vibrationsspektroskopi som utnyttjar sumfrekvensgenerering (SF-spektroskopi). Såväl det vätebundna vattenområdet som kolväteområdet studerades för att söka efter skillnader mellan en rad föreslagna strukturer som tensiderna kan tänkas forma på gränsytan.

Adsorptionen av Tetradecyltrimetylammoniumbromid, TTAB, med och utan NaCl och didodecyldimetylammoniumbromid, DDAB, på gränsytan mellan fast aluminiumoxid (Safir) och vatten studerades vid koncentrationer högre än cmc. Avbildning med AFM har tidigare visat att dessa tensidsystem bildar sfäriska och cylindriska miceller samt ett dubbelskikt på kvarts vid koncentrationer högre än cmc, vilket kan antas vara fallet även på aluminiumoxid. Våra resultat visar en mycket svag, om ens någon, signal i kolväteområdet för alla tre systemen, samt möjligen för cylindriska och sfäriska modeller en något mera löst bunden vattenstruktur vid gränsytan jämfört med det plana dubbelskiktet. Detta antyder att SF-spektroskopi troligen inte kan särskilja de tre diskuterade tensidstrukturerna.

Även adsorption av TTAB på gränsytan mellan aluminiumoxid och vatten för koncentrationer längst adsorptionsisotermen studerades. Starka kolvätesignaler förekom inte vid några koncentrationer. Signalerna i det vätebundna vattenområdet avtog gradvis till en plan linje då tensidkoncentrationen ökades. Vattensignalerna återkom inte vid koncentrationer högre än ”nolladdningspunkten” (pzc) eller högre än cmc där vattensignaler förväntades. Vi föreslår att TTAB inte bildar ett homogent lager vid adsorptionen, vilket ger upphov till områden med olika laddning (negativt laddad aluminiumoxid och positivt laddad TTAB) på den studerade ytan som riktar vattenmolekylerna i motstående riktningar. Detta skulle kunna resultera i förlust av nettoorienteringen hos vattenmolekylerna vilket leder till en förlust av SF-signalen.

I alla försök, särskilt med vatten utan tensid, som genomförts med aluminiumoxidsubstrat vid ph 10 syns i spektra en stark signal vid ungefär 3700 cm-1. Denna signal härrör från en icke vätebunden OH-grupp, en ”Fri OH-grupp” och förväntas inte genereras av en gränsyta mellan aluminiumoxid och vatten. Vi har med isotoputbytesförsök visat att signalen kommer från gränsytan mellan aluminiumoxid och vatten, men kan inte ge någon förklaring till dess uppkomst.

Place, publisher, year, edition, pages
2007. , 35 p.
Keyword [en]
Vibrational Sum Frequency Spectroscopy, VSFS, ammonium surfactants, adsorption
National Category
Physical Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-24463OAI: oai:DiVA.org:kth-24463DiVA: diva2:350012
Uppsok
Physics, Chemistry, Mathematics
Supervisors
Examiners
Note
QC 20100920Available from: 2010-09-20 Created: 2010-09-09 Last updated: 2010-09-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Liljeblad, Jonathan F.D.
By organisation
Surface Chemistry
Physical Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 162 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf