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基于界面張力和流變測試研究SiO_2納米顆粒對各表面活性劑體系性能的影響
來源： 《中國石油大學(xué)(華東)》 瀏覽 817 次 發(fā)布時間:2024-08-08
具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的SiO_2納米顆粒(NPs)為解決傳統(tǒng)提高采收率方法所面臨的挑戰(zhàn)提供了機(jī)遇。SiO_2 NPs常常與表面活性劑復(fù)配使用，兩者之間的相互作用對復(fù)配體系性能有著重要影響。這些相互作用與NPs表面的羥基密度緊密相關(guān)，羥基密度決定著NPs表面的親和性。研究人員就表面活性劑與NPs之間的相互作用進(jìn)行了大量研究，但大部分研究都在稀表面活性劑體系中進(jìn)行，且僅針對某一類表面活性劑或NPs。
本文以表面活性劑/SiO_2 NPs體系的界面活性和黏彈性為研究對象，通過界面張力和流變測試反映不同表面親和性SiO_2 NPs對各表面活性劑體系性能的影響，并對其中的影響機(jī)制進(jìn)行了探討。
首先研究了親水和疏水SiO_2 NPs對十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、曲拉通X-100(TX-100)界面活性的影響。
結(jié)果表明，SDS分子與親水SiO_2NPs間的靜電斥力有助于水相中的SDS分子向油/水界面遷移，提高界面上的表面活性劑分子濃度。在SDS/疏水SiO_2 NPs、DTAB/SiO_2 NPs、TX-100/SiO_2 NPs分散體系中，NPs的加入則會阻礙表面活性劑分子向油/水界面擴(kuò)散。靜電引力、疏水作用、氫鍵使得大量表面活性劑分子吸附在NPs表面，減小了油/水界面上的表面活性劑分子數(shù)量。由吸附所形成的表面活性劑包覆NPs(SCNPs)具有一定兩親性，SCNPs遷移至油/水界面后將降低表面活性劑分子的界面覆蓋率，進(jìn)一步削弱了表面活性劑體系的界面活性。
隨后研究了親水和疏水SiO_2 NPs對十八烷基三甲基溴化銨(STAB)/水楊酸鈉(Na Sal)、油酸鈉(Na OA)/碳酸鈉(Na_2CO_3)蠕蟲狀膠束(WLMs)溶液黏彈性的影響。
研究結(jié)果顯示，在STAB/Na Sal體系中，STAB分子通過靜電引力和疏水作用吸附在NPs表面形成SCNPs，SCNPs與WLMs發(fā)生交聯(lián)有效提高了體系中WLMs的輪廓長度和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，從而大幅增強(qiáng)溶液的黏彈性。WLMs/疏水NPs體系中更強(qiáng)的疏水作用使得疏水NPs在提升溶液黏彈性方面具有更明顯的效果。
對于Na OA/Na_2CO_3體系，靜電斥力使得Na OA分子難以吸附到親水NPs表面，裸露的NPs無法與WLMs發(fā)生交聯(lián)，故疏水NPs能夠有效提高體系的黏彈性而親水NPs幾乎不產(chǎn)生影響。