界面张力弛豫法研究不同分子量原油活性组分界面扩张粘弹性.pdf

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1、VOl.24高等学校化学学报NO.122003年12月C~EMICALJOURNALOFC~INESEUNIVERSITIES2243~2247界面张力弛豫法研究不同分子量原油活性组分界面扩张粘弹性孙涛垒9张路9王宜阳9赵濉9俞稼镛(中国科学院理化技术研究所9北京100101)摘要采用界面张力弛豫法研究了不同分子量原油活性组分在正癸烷-水界面上的扩张粘弹性质9阐述了界面扩张模量的弹性和粘性随扩张频率的变化规律.研究发现9随着原油活性组分分子量的增大9极限扩张粘度明显增大9而极限扩张弹性逐渐增大;当分子量大于某一数值后9极限扩张弹性变化不明显.对界面张力弛豫实验结果进行拟

2、合得到的参数表明9界面上和界面附近的微观弛豫过程的数目随原油活性组分分子量的增加而增加9弛豫过程的特征频率也呈规律性变化.不同原油活性组分的界面扩张粘弹性质可从其不同特征的微观弛豫过程得到解释.关键词原油活性组分;扩张模量;扩张弹性;扩张粘性;界面张力弛豫;界面扩张粘弹性中图分类号O647文献标识码A文章编号0251-0790(2003)12-2243-05界面扩张粘弹性是流体界面的重要性质之一9它与乳状液和泡沫的稳定性密切相关.由于界面扩张粘弹性产生的基础是界面上或界面附近存在的微观弛豫过程[1]9界面扩张粘弹性质的相关参数可以反映界面微观过程的信息9故对萃取~抽提~

3、洗涤以及从固体中排液等与界面和表面有关的工业过程具有重要的指导意义9目前国内界面扩张粘弹性方面的研究工作仍不多见[2~8].我们用界面张力弛豫法研究了不同分子量原油活性组分在癸烷-水界面上的扩张粘弹性质9阐述了界面扩张模量的弹性和弹性随扩张频率的改变而变化的规律.1理论基础由文献[9~11]可知9界面扩张粘弹性参数是利用对瞬间形变后的界面张力衰减曲线进行FOurier变换得到的.对于一个存在多种弛豫过程的实际体系9由于弛豫过程具有可加和性9因此界面张力7对时间t的衰减曲线可用几个指数方程之和表示:nA7=Azexp(-Bzt)(1)z=1式中B是第z个过程的特征频率9A

4、是第z个过程的贡献9n是总过程的个数.因此9用式(1)对界面zz张力衰减曲线进行拟合9可得到界面上存在的弛豫过程的个数~每个过程的特征频率(或时间)及各个过程的贡献等信息.在理论上9频率c的周期实验与在时间上t=1/c的瞬时实验在性质上是等同的9二者之间可通过FOurier变换将其中一个性质对整个时间范围内积分或对频率从0至O积分得到另一个性质.因此9也可以将界面张力衰减曲线通过时间域上的FOurier变换得到频率域上的界面扩张粘弹性参数.对于一个幅度为AA的瞬间界面形变过程9在形变停止后9一定频率下扩张模量的数值(c)可通过对界面张力衰减曲线的FOurier变换得到:

5、OO(c)=FTA7(t)/[FT(AA/A)(t)]=A7(t)exp(-zct)dt[AA(t)/A]exp(-zct)dt(2)00从式(2)变形得到扩张模量的实数部分(虚数部分(和扩张粘度7的计算公式如下:r)9i)d收稿日期:2003-01-06.基金项目:国家重点基础研究规划项目(批准号:G19990225)资助.联系人简介:张路(1969年出生)9男9博士9副研究员9主要从事胶体与界面科学研究.E-mail:yiy@ipG.aG.GD2244高等学校化学学报VOl.24OOccer(c)=A7(t)siH(ct)dt;ei(c)=A7(t)COs(ct)d

6、tAA/A0AA/A0(3)O17d=A7(t)COs(ct)dtAA/A02实验部分2.1样品及试剂正癸烷(C北京金龙化学试剂有限公司)为化学纯;去离子水经重蒸.10~22采用超临界萃取分馏(SFEF)法对伊朗重质原油的渣油进行分离可得到原油界面活性物质.通过控制分馏柱的柱压界面活性物质可以被剪切成任意的窄组分.当柱压随时间线性增加时这些组分的平均分子量也随之增加.所得样品按照从分馏柱的流出顺序对其编号本文实验所采用的样品为其中5种样品.数均分子量(M和n(~)/n(C)比见表1.H)Table1Numberaveragemolecularweightsandatom

7、icratioofHtoCinthesamplesSampleNO.12345MH60764784410691114n(~)/n(C)1.6851.6521.5061.4241.3592.2实验装置与实验方法实验装置参见文献[28].用正癸烷和原油活性组分模拟油作为油相进行实验.将溶于煤油的原油活性组分用正癸烷稀释作为模拟油质量分数为0.044%煤油与正癸烷的体积比1/300.水相为经过重蒸的去离子水溶液.首先在LaHgmuir槽中注入水相90mL再小心地将50mL油相铺在水相上油相的高度要以浸没整个吊片为宜.在恒温(30C)下预平衡6h