国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

多尺度研究油水乳狀液穩(wěn)定性的技術(shù)進(jìn)展

2016-03-07 02:57黃翔峰王旭慧陸麗君劉佳彭開銘同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海200092
化工進(jìn)展 2016年1期
關(guān)鍵詞:液滴乳液穩(wěn)定性

黃翔峰,王旭慧,陸麗君,劉佳,彭開銘(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

?

多尺度研究油水乳狀液穩(wěn)定性的技術(shù)進(jìn)展

黃翔峰,王旭慧,陸麗君,劉佳,彭開銘
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

摘要:油水乳狀液在石油化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,其中乳狀液的穩(wěn)定性一直是人們研究的熱點(diǎn)。本文回顧了近年來(lái)乳狀液穩(wěn)定性的研究方法,從宏觀相分離、介觀液滴粒度及微觀界面膜穩(wěn)定性3個(gè)不同尺度對(duì)油水乳狀液穩(wěn)定性研究技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行綜述,并簡(jiǎn)要比較了同尺度不同研究方法的優(yōu)劣。宏觀尺度上,穩(wěn)定性分析儀和低場(chǎng)核磁共振的引入使得乳狀液相分離過(guò)程的表征更加準(zhǔn)確便捷;介觀尺度上,通過(guò)對(duì)分散相表征結(jié)果的擬合計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)乳狀液液滴粒度的原位表征;微觀尺度上,微量吸液管技術(shù)、顯微觀測(cè)等表征技術(shù)的發(fā)展和引入使得界面膜的機(jī)械強(qiáng)度、厚度及形態(tài)結(jié)構(gòu)三方面的研究更加深入,從而更加直接準(zhǔn)確地表征界面膜的穩(wěn)定性。此外,本文還重點(diǎn)對(duì)綜合運(yùn)用不同尺度研究方法全面深入探究乳狀液穩(wěn)定機(jī)制進(jìn)行了論述,并指出原位表征技術(shù)是乳狀液穩(wěn)定性研究方法的重要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:乳液;穩(wěn)定性;多尺度;相分離;液滴;界面膜

第一作者:黃翔峰(1973—),男,博士,教授,主要從事石油開采業(yè)表面活性劑開發(fā)和油田污染控制研究工作。E-mail hxf@#edu.cn。

聯(lián)系人:彭開銘,博士,博士后,主要從事生物破乳技術(shù)的開發(fā)。E-mail kai878@sina.com。

乳狀液是由不相混溶的兩相液體組成的混合分散體系,廣泛存在于食品、醫(yī)藥、石化等行業(yè)。不同行業(yè)由于其生產(chǎn)目的的差異,對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性有不同的要求。在食品、醫(yī)藥行業(yè),乳狀液穩(wěn)定性越好產(chǎn)品質(zhì)量越好;而在石油化工領(lǐng)域,穩(wěn)定乳狀液的存在造成了一系列原油開采、運(yùn)輸及后期加工的難題,乳狀液的破乳是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)[1-2]。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的不同要求,加深對(duì)乳狀液的研究和理解十分必要。

目前,研究者們主要從宏觀相分離、介觀液滴粒度及微觀界面膜3個(gè)不同尺度開展乳狀液穩(wěn)定性的研究。各尺度研究技術(shù),從宏觀相分離到微觀界面膜,在研究深度上呈現(xiàn)逐層遞加的趨勢(shì)(如圖1)。宏觀相分離是最經(jīng)典的乳狀液穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法,具有效果直觀的優(yōu)勢(shì)[3-5]。介觀液滴粒度的表征將注意力集中在乳狀液的某一塊區(qū)域內(nèi),在更加微觀的尺度對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性進(jìn)行表征,能準(zhǔn)確反映乳狀液中分散相絮凝、聚并及沉降等過(guò)程,研究方法發(fā)展較為成熟[6-12]。微觀界面膜的研究將目光聚焦于表面活性物質(zhì)在油水兩相間形成的膜上,通過(guò)研究界面膜對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的響應(yīng)探究乳狀液穩(wěn)定機(jī)制,是近年來(lái)乳狀液穩(wěn)定性研究的熱點(diǎn)[13-15]。近年來(lái),隨著新技術(shù)的發(fā)展和引進(jìn),乳狀液穩(wěn)定性在不同尺度上的研究均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。本文的目的在于闡明宏觀、介觀、微觀3個(gè)尺度研究油水乳狀液技術(shù)的進(jìn)展,并簡(jiǎn)要論述其在乳狀液穩(wěn)定性研究中的重要意義。

圖1 多尺度研究油水乳狀液示意圖

1 宏觀尺度——乳狀液相分離的評(píng)價(jià)

在宏觀尺度,乳狀液在一段時(shí)間內(nèi)分離出油相和水相的多少(即相分離程度)是乳狀液宏觀穩(wěn)定性的直觀表達(dá)。研究乳狀液相分離最直觀、簡(jiǎn)單的方法是瓶試法,通過(guò)裸眼觀察直接判斷相分離的體積[16]。近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步,研究者引入了多重光散射技術(shù)和低場(chǎng)核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技術(shù)用于研究乳狀液相分離。

基于多重光散射技術(shù)開發(fā)的Turbiscan Lab?穩(wěn)定性分析儀采用脈沖近紅外光源,探測(cè)透射光和背散射光強(qiáng)度隨時(shí)間和樣品高度的變化,通過(guò)脫出水層、乳狀液層和析出油層對(duì)光的透射和散射的差異反映乳狀液的相分離[3-4,9]。Turbiscan最早于1999年應(yīng)用于乳狀液相分離過(guò)程的研究,之后受到廣泛應(yīng)用[17-18]。黃翔峰等[9]利用Turbiscan分別分析聚醚類破乳劑作用下煤油-水模型乳狀液的相分離過(guò)程,并分析了乳狀液脫油脫水的動(dòng)態(tài)過(guò)程。彭開銘[19]通過(guò)比較脫出水相的背散射光強(qiáng)度的大小研究了不同破乳劑作用下乳狀液脫水質(zhì)量的優(yōu)劣。相對(duì)于瓶試法,Turbiscan能自動(dòng)檢測(cè)出裸眼難分辨的分相過(guò)程,不僅能節(jié)省人力、降低人為主觀因素,還能更快、更準(zhǔn)確地表征乳狀液的相分離。但Turbiscan對(duì)于透光性較差、黏度較大易黏附在管壁上的乳狀液,測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確[20-21]。

低場(chǎng)核磁共振(LF-NMR)根據(jù)乳狀液油、水中1H弛豫時(shí)間的差異分離出油水信號(hào),從而反映乳狀液中油水兩相的分離情況[21-22]。CARNEIRO 等[22]通過(guò)LF-NMR判斷3種商業(yè)破乳劑對(duì)高濃度模型W/O原油乳狀液相分離的作用效果。OPEDAL 等[11]將LF-NMR與瓶試法比較,發(fā)現(xiàn)LF-NMR測(cè)試靈敏度更高,能準(zhǔn)確反映低脫水速率;且檢測(cè)限更低,能精確監(jiān)測(cè)到低破乳劑濃度下水相的脫除速率為0.025mm/min。SIMON等[21]將LF-NMR的相分離測(cè)試結(jié)果與Turbiscan對(duì)比,發(fā)現(xiàn)Turbiscan測(cè)得的水相沉降速率曲線與LF-NMR類似,但LF-NMR的測(cè)試結(jié)果更接近真實(shí)值。相對(duì)于瓶試法和穩(wěn)定性分析儀,LF-NMR具有測(cè)試方便快捷、靈敏度高、測(cè)試限低及不受乳狀液顏色影響的特點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用上,瓶試法無(wú)需專門儀器,可快速判定乳狀液的穩(wěn)定性,是目前應(yīng)用最廣泛的相分離研究方法。Turbiscan可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)乳狀液內(nèi)部的相分離過(guò)程,常用于透光性較好的乳狀液相分離的研究;而LF-NMR測(cè)試精度高、不受乳狀液透光性的影響,在原油等透光性較差的乳狀液穩(wěn)定性的研究上有較廣泛的應(yīng)用[23]。

2 介觀尺度——分散相粒度的表征

油水乳狀液的分散相粒度多在微米級(jí)別,是乳狀液穩(wěn)定性的重要特征之一。乳狀液的粒度隨時(shí)間的變化可反映液滴絮凝、聚結(jié)過(guò)程,從而反映宏觀尺度的相分離,同時(shí)又是微觀尺度界面膜研究的載體。乳狀液液滴粒度的研究方法主要包括:顯微統(tǒng)計(jì)法[24-25]、光散射技術(shù)[8-9]、LF-NMR[10-12]、差示掃描量熱法[26]及介電譜技術(shù)[27]等。其中顯微統(tǒng)計(jì)法是最經(jīng)典的液滴粒徑測(cè)定方法,光散射技術(shù)和LF-NMR是近年應(yīng)用頻率較高的兩種方法。

2.1顯微統(tǒng)計(jì)法

顯微統(tǒng)計(jì)法通過(guò)統(tǒng)計(jì)顯微鏡下的乳狀液液滴粒徑得到乳狀液分散相的粒度特征。

通過(guò)顯微鏡直接觀察極易受到觀測(cè)時(shí)間的限制,因此獲得分辨率高的乳狀液液滴圖片是顯微統(tǒng)計(jì)法的前提[3]。對(duì)于普通光學(xué)顯微鏡,不能直接觀測(cè)到多數(shù)乳狀液的液滴粒度情況,因此常常需要稀釋樣品,而這一操作使得乳狀液液滴粒度的測(cè)定不再原位,可能使得觀測(cè)到的粒度與實(shí)際粒度產(chǎn)生偏差。近年來(lái),研究者引入了激光共聚焦顯微鏡(laser scanning confocal microscope,CLSM)直接研究乳狀液的液滴粒度[6-7]。CLSM將光束集中在一定范圍內(nèi),利用激光激發(fā)已染色的分散相液滴使其發(fā)出熒光,不需稀釋即可使提高圖像分辨率[24-25]。因此CLSM具有原位測(cè)定、非接觸性、無(wú)破壞性的特點(diǎn)。HUNG等[24]利用CLSM表征W/O型原油乳狀液分散相液滴的粒徑分布,在微米尺度上直接觀察到W/O型原油乳狀液中液滴動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

在獲得清晰乳狀液液滴圖片的基礎(chǔ)上,液滴粒度的統(tǒng)計(jì)也是分散相粒度表征重要的一環(huán)。最初光學(xué)顯微技術(shù)采用人工計(jì)數(shù),受操作者影響較大、操作周期長(zhǎng),工作量大,發(fā)展受到限制。后來(lái),研究者引入圖像處理技術(shù)和分析軟件,通過(guò)邊緣檢測(cè)確定液滴個(gè)數(shù),再通過(guò)計(jì)算液滴所含像素確定液滴的粒徑,為了避免測(cè)試的不準(zhǔn)確性,每個(gè)樣品至少統(tǒng)計(jì)20張圖片[24]。分散相粒度統(tǒng)計(jì)方法的改進(jìn)排除了測(cè)量過(guò)程中的主觀因素,提高了測(cè)試效率。

2.2光散射技術(shù)

基于米氏散射理論的光散射技術(shù)被廣泛用于乳狀液體系中液滴粒度的研究。激光粒度儀,作為光散射技術(shù)的早期代表,曾用于液滴粒徑的研究,然而其常需稀釋乳狀液、不能真實(shí)反映乳狀液體系中的粒徑分布。以多重光散射為基礎(chǔ)發(fā)展出的Turbiscan Lab○R穩(wěn)定性分析儀不僅可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到乳狀液的相分離現(xiàn)象,還能在不稀釋的條件下直接測(cè)定液滴粒度,彌補(bǔ)了激光粒度儀的不足[8],實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳狀液液滴粒度的原位表征。

Turbiscan穩(wěn)定性分析儀通過(guò)獲得的透射光和背散光強(qiáng)度得到光子(傳輸)平均自由程(或l*),根據(jù)光子(傳輸)平均自由程與液滴粒徑的正相關(guān)聯(lián)系進(jìn)而獲得液滴粒徑,見式(1)[9]。

式中,d為液滴平均粒徑,μm;?為分散相體積分?jǐn)?shù);g和QS為米氏常數(shù)。

Tubiscan可分析50nm~1000μm范圍內(nèi)的液滴粒度。LIU等[3]利用Turbiscan分析生物破乳菌對(duì)W/O模型乳狀液破乳過(guò)程中的粒徑分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)乳狀液中間層液滴出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象,平均粒徑從最初的12μm左右到升高到30μm。Turbiscan可在非破壞、無(wú)接觸樣品情況下,得到分散相粒徑,具有測(cè)試耗費(fèi)低、可重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于透光性較差的乳狀液,Turbiscan測(cè)試準(zhǔn)確性較差,應(yīng)用范圍有限[3,9]。

2.3低場(chǎng)核磁共振技術(shù)

低場(chǎng)核磁共振(LF-NMR)不僅能精確反映乳狀液相分離過(guò)程,還能利用受限擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)測(cè)定分散相的粒度特征。分散相粒度可通過(guò)擬合由脈沖梯度自旋回波測(cè)定的束縛水的擴(kuò)散參數(shù)與水的橫向弛豫時(shí)間分布(T2)得到[10-12]。OPEDAL等[11]用LF-NMR技術(shù)分析破乳劑作用下分散相液滴粒徑的變化,發(fā)現(xiàn)在不同聚醚類破乳劑作用下乳狀液液滴平均粒徑從3μm分別升至10μm左右。BARRABINO等[28]成功地開發(fā)了用于表征乳狀液轉(zhuǎn)相(從W/O到O/W乳狀液)的LF-NMR研究方法,可用于測(cè)定轉(zhuǎn)相點(diǎn)和樣品液滴分布。OPEDAL等[10]采用LF-NMR技術(shù)對(duì)含水量在10%~40%的3種原油乳狀液中的粒徑分布進(jìn)行表征,研究結(jié)果與顯微統(tǒng)計(jì)法直接得到的粒徑分布結(jié)果相關(guān)性較好。

LF-NMR快速測(cè)定分散相粒徑分布,操作簡(jiǎn)單,準(zhǔn)確性好,且不受乳狀液顏色的影響,是乳狀液粒度重要的原位研究方法,較Turbiscan穩(wěn)定性分析儀而言,應(yīng)用范圍更廣泛。但NMR序列參數(shù)選定困難,不適當(dāng)?shù)膮?shù)可能使結(jié)果出現(xiàn)較大偏差,在測(cè)試序列的選擇與優(yōu)化上有巨大的發(fā)展空間[29]。Turbiscan則不存在這樣的問(wèn)題,常用于透光性較好的乳狀液粒度的研究。顯微統(tǒng)計(jì)法是獲得液滴粒度最直接的方法,常作為其他新技術(shù)的校正方法。

3 微觀尺度——界面膜的穩(wěn)定性

從微觀尺度上講,界面膜維持其自身狀態(tài)不變的能力,即界面膜的穩(wěn)定性,是乳狀液穩(wěn)定性變化的內(nèi)因。界面膜是分散相與分散介質(zhì)間由表面活性物質(zhì)吸附形成的一層膜狀物質(zhì),是影響分散相液滴穩(wěn)定的關(guān)鍵,是乳狀液宏觀相分離的內(nèi)驅(qū)力。界面膜穩(wěn)定性的最直接反映是其機(jī)械強(qiáng)度的強(qiáng)弱,而界面膜的厚度和形貌結(jié)構(gòu)是界面膜機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)弱變化的根本原因[30-32]。

3.1界面膜的機(jī)械強(qiáng)度

界面膜的機(jī)械強(qiáng)度是指界面膜面對(duì)擾動(dòng)的穩(wěn)定能力。界面膜的機(jī)械強(qiáng)度常通過(guò)界面流變技術(shù)間接反映[33-34],也有研究者利用Langmuir槽法測(cè)定[31,35],而通過(guò)微量吸液管技術(shù)可直接原位表征界面膜的機(jī)械強(qiáng)度,是目前研究的熱點(diǎn)[13,36-37]。

3.1.1界面流變技術(shù)

界面流變性能反映表面活性劑在界面上形成的膜機(jī)械強(qiáng)度的細(xì)微變化[38],界面彈性及黏性與界面膜的強(qiáng)度存在較強(qiáng)的相關(guān)性[39],因此常用界面流變技術(shù)間接研究界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)外加力在界面上的作用方式,界面流變技術(shù)可分為剪切法和擴(kuò)張法,分別用于界面剪切流變性和界面擴(kuò)張流變性的研究。

剪切法在界面膜上施加一定的剪切力,通過(guò)界面膜能承受的最大剪切力反映界面膜的機(jī)械強(qiáng)度,能承受的最大界面剪切力越大界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越高,即界面剪切流變性越高,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越大[13]。界面剪切流變技術(shù)需先在油水界面形成一層平面膜,然后通過(guò)雙臂環(huán)法[13,33,40]、雙錐擺界面黏度計(jì)法[20,41]等方法進(jìn)行研究。PENSINI等[33]監(jiān)測(cè)破乳劑投加前后界面剪切流變性的變化,發(fā)現(xiàn)投加2.3μL/L破乳劑后界面剪切模量由10?3mN/m迅速跌落到10?4mN/m以下,說(shuō)明破乳劑對(duì)界面膜的機(jī)械強(qiáng)度存在明顯的削弱作用。

擴(kuò)張法通過(guò)改變界面膜面積測(cè)試其能承受的最大擴(kuò)張應(yīng)力,從而得到界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。界面擴(kuò)張流變技術(shù)需要先形成粒徑為毫米級(jí)的液滴,然后利用懸滴法[42-43]、振蕩液滴法[34]、旋轉(zhuǎn)滴方法[44]等方法進(jìn)行研究。擴(kuò)張模量越大,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越高。苑敬等[45]利用界面擴(kuò)張黏彈性的變化研究無(wú)機(jī)鹽作用下一種新合成的七支狀聚氧丙烯/聚氧乙烯(PPO/ PEO)三嵌段聚醚的界面行為及其對(duì)界面膜強(qiáng)度的影響。YANG等[34]通過(guò)界面擴(kuò)張流變模量的變化研究瀝青質(zhì)和膠質(zhì)在界面上的競(jìng)爭(zhēng)吸附行為對(duì)界面膜機(jī)械強(qiáng)度的影響,發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)、樹脂共同作用下界面擴(kuò)張彈性較瀝青質(zhì)單獨(dú)作用低,說(shuō)明樹脂的存在不利于形成機(jī)械強(qiáng)度較高的膜。

作為界面流變性的兩大測(cè)試方法,剪切法和擴(kuò)張法最大的區(qū)別在于液滴的比表面積差異較大且老化機(jī)理不同。剪切法對(duì)界面膜的老化更加敏感,可較全面地反映乳狀液穩(wěn)定性變化整個(gè)過(guò)程中界面膜機(jī)械強(qiáng)度的變化[13];但就形變方式而言,擴(kuò)張法中界面膜的形變模式更加接近真實(shí)乳狀液體系的情況,近年來(lái)受到廣大研究者的青睞。無(wú)論是剪切法還是擴(kuò)張法,在平衡狀態(tài)下測(cè)試可縮小測(cè)試體系與真實(shí)體系的差異,改善流變性測(cè)試結(jié)果與乳狀液宏觀穩(wěn)定性的響應(yīng)性[13]。

3.1.2Langmuir槽技術(shù)

Langmuir槽技術(shù)是以Langmuir槽為平臺(tái)在氣液界面對(duì)界面膜的研究技術(shù),通過(guò)壓縮或擴(kuò)張作用改變界面膜面積,根據(jù)界面膜面積及其對(duì)應(yīng)的界面壓變化得到界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。近年來(lái),Langmuir槽技術(shù)大量用于界面膜可壓縮性的研究[31,35,46]。界面膜的可壓縮性(C)是指界面膜能承受的最大界面壓力,其定義式如式(2)。

式中,A為界面膜面積;π為界面壓;T為溫度。

研究表明[14]:可壓縮性越大,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越差,界面膜越易破碎,界面膜破碎率(ω)與界面膜的可壓縮性存在經(jīng)驗(yàn)公式,見式(3)。

實(shí)際研究中,研究者們常利用π?A等溫線直接讀取界面膜的可壓縮性。HOU等[31]利用Langmuir槽技術(shù)研究破乳劑乙基纖維素(ethyl cellulose,EC)對(duì)原油乳狀液界面膜的可壓縮性的影響,發(fā)現(xiàn)相同壓縮強(qiáng)度下EC作用后瀝青質(zhì)膜界面壓的增幅下降,說(shuō)明EC的加入增加了界面膜的可壓縮性。HUA 等[35]發(fā)現(xiàn)界面膜的可壓縮性測(cè)試存在遲滯現(xiàn)象,測(cè)得的結(jié)果與實(shí)際體系存在差異,但尚在可控范圍內(nèi),可通過(guò)與同尺度其他方法的聯(lián)用縮小兩者的差異。Langmuir槽技術(shù)發(fā)展較為成熟,具有效果直觀、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是近年應(yīng)用十分廣泛的界面膜機(jī)械強(qiáng)度的研究方法。

3.1.3微量吸液管技術(shù)

近年來(lái),微量吸液管技術(shù)大量用于微米水平界面膜機(jī)械強(qiáng)度的研究[13,36-37]。微量吸液管技術(shù)利用微吸液管抓捕乳狀液中的液滴或形成新液滴,通過(guò)壓力控制裝置操控液滴使之進(jìn)行各種動(dòng)作,并分別通過(guò)傳感器和光學(xué)顯微鏡監(jiān)控液滴界面壓的變化和液滴形態(tài)[15]。

微量吸液管技術(shù)可用于原位研究界面膜的可壓縮性:通過(guò)體積收縮試驗(yàn)控制單個(gè)乳狀液滴的大小,根據(jù)液滴表面膜褶皺的出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的膜面積獲得界面膜的可壓縮性[36-37]。MORAN等[36]采用微量吸液管技術(shù)評(píng)價(jià)環(huán)烷酸鈉對(duì)瀝青曲面膜可壓縮性的影響,發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)烷酸鈉量的增加皺縮率(乳狀液滴體積收縮過(guò)程中出現(xiàn)褶皺時(shí)的液滴表面積與液滴原始面積之比A/A0)減小,當(dāng)環(huán)烷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí),A/A0接近0,這說(shuō)明環(huán)烷酸鈉在界面上的吸附增加了瀝青膜的可壓縮性。

微量吸液管技術(shù)不但能通過(guò)單液滴界面膜的可壓縮性表征界面膜的機(jī)械強(qiáng)度,還能通過(guò)兩液滴的“頭碰頭”試驗(yàn)直接考察界面膜的機(jī)械強(qiáng)度[13,15,33]?!邦^碰頭”試驗(yàn)利用微量吸液管技術(shù)控制吸液管末端的兩乳狀液滴,使其相互接近至雙曲面膜互相擠壓,通過(guò)界面膜的破裂情況,包括破碎率、破碎時(shí)間及臨界界面壓等,判斷界面膜的機(jī)械強(qiáng)度[15]。破碎率和破碎時(shí)間分別是一定外部條件的情況下液滴的破碎概率和生存時(shí)間;臨界界面壓是促使兩液滴恰好破裂時(shí)的界面壓。破碎率越大,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越低[33];破碎時(shí)間越短,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越低[13];臨界界面壓越低,界面膜的機(jī)械強(qiáng)度越低。HARBOTTLE等[13]利用破碎時(shí)間評(píng)估老化時(shí)間對(duì)界面膜機(jī)械強(qiáng)度的影響:老化時(shí)間由30min增加至1h時(shí)界面膜的破碎時(shí)間從7.5s上升至23s。PENSINI 等[33]利用破碎率研究EO-PO破乳劑投加量對(duì)界面膜機(jī)械強(qiáng)度的影響:EO-PO加入量為2.3μL/L界面膜的破碎率從9%升至85%,當(dāng)進(jìn)一步增加EO-PO的量至28.8μL/L后,界面膜的破碎率自85%降至25%,說(shuō)明投加過(guò)量破乳劑反而會(huì)增強(qiáng)界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。 “頭碰頭”試驗(yàn)研究不僅可以研究老化時(shí)間、表面活性劑對(duì)界面膜的作用效果,還能評(píng)價(jià)pH 值[47]、鹽度[47-48]等因素對(duì)界面膜的影響。

對(duì)于以上3種研究界面膜機(jī)械強(qiáng)度的常見方法:界面流變技術(shù)對(duì)界面膜的機(jī)械強(qiáng)度變化較敏感,但此法的測(cè)試體系與真實(shí)乳狀液存在差異,因此最好能在平衡狀態(tài)下測(cè)定以最大限度縮小兩者的差距;Langmuir槽法通過(guò)氣液界面界面膜面積變化及其對(duì)應(yīng)的界面壓獲得界面膜的機(jī)械強(qiáng)度,操作簡(jiǎn)單,效果直觀,多用于界面膜機(jī)械強(qiáng)度的估測(cè);相較于界面流變儀和Langmuir槽技術(shù),微量吸液管技術(shù)更接近真實(shí)乳狀液體系,原位直觀地表征界面膜的機(jī)械強(qiáng)度,是目前界面膜機(jī)械強(qiáng)度研究的熱點(diǎn),也是界面膜研究的趨勢(shì)。在實(shí)際研究中,常采用多種技術(shù)聯(lián)用以增加結(jié)果的可信度[36]。

3.2界面膜的厚度

界面膜厚度及其隨時(shí)間的變化是界面膜穩(wěn)定性研究的重要方面[49-51]。早期人們通過(guò)單色光干涉法[52]、橢圓偏振法[31]及電容法[51]等間接擬合得到界面膜厚度。這些方法存在精確度不高、適用范圍有限的缺陷,不能準(zhǔn)確反映界面膜形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。近年來(lái),研究者們相繼引入石英微晶體天平(quartz crystal microbalance,QCM)、小角度中子散射(small angle neutron scattering,SANS)等先進(jìn)方法用于界面膜厚度的表征。

QCM技術(shù)通過(guò)處理后的芯片和流動(dòng)相模擬油水界面,然后根據(jù)表面活性物質(zhì)吸附到芯片上后獲得的頻率變化計(jì)算得到芯片上吸附的界面膜質(zhì)量,最后通過(guò)預(yù)估的膜密度即可得到界面膜厚度[13,50,53]。HARBOTTLE等[13]利用QCM研究瀝青質(zhì)濃度對(duì)瀝青質(zhì)膜厚度的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)瀝青質(zhì)濃度由0.1g/L增至0.4g/L時(shí),界面膜厚度由6.9nm增至9.3nm,說(shuō)明界面膜厚度隨瀝青質(zhì)濃度的增加而增加;同時(shí)“頭碰頭”試驗(yàn)表明液滴破碎時(shí)間也隨瀝青質(zhì)濃度的增加而延長(zhǎng),說(shuō)明界面膜機(jī)械強(qiáng)度隨界面膜厚度的增加而增加。ABUDU等[50]借助QCM技術(shù)研究溶劑芳香性對(duì)界面膜的影響,發(fā)現(xiàn)溶劑為甲苯時(shí)形成界面膜的厚度最高達(dá)3~4nm,溶劑為烷烴時(shí)界面膜厚度隨時(shí)間不斷增加,且烷烴中形成的界面膜黏彈性模量更大,說(shuō)明溶劑芳香性過(guò)強(qiáng)不易形成厚度較大、機(jī)械強(qiáng)度較高的界面膜。QCM對(duì)界面膜厚度的測(cè)試屬于異位測(cè)試且整個(gè)測(cè)試過(guò)程都是基于已知的模型進(jìn)行的,與真實(shí)情況存在差異,但隨著QCM在界面膜測(cè)試方面的應(yīng)用和完善,差異將會(huì)被不斷縮?。淮送?,QCM具有高靈敏度、測(cè)試精度高[54-55],可在納米及納米以下級(jí)別測(cè)試膜厚的特點(diǎn),在界面膜厚度研究方面具有極大優(yōu)勢(shì)。

SANS技術(shù)通過(guò)零度散射角附近(0°~2°)長(zhǎng)波長(zhǎng)中子(0.2~2nm)的彈性散射研究界面膜的厚度,若樣品中存在尺寸大于原子間距的結(jié)構(gòu),則會(huì)出現(xiàn)種子散射長(zhǎng)度密度差[50]。相較于QCM異位模擬測(cè)定膜厚,SANS對(duì)界面膜厚度的研究更加原位,可直接在乳狀液體系測(cè)定界面膜厚,通過(guò)擬合中子散射曲線得到界面膜厚度,見式(4)[42]。

式中,P為液滴形狀因數(shù);q為散射矢量長(zhǎng)度;R為散射區(qū)半徑;h為界面膜厚度的1/2。

測(cè)試結(jié)果往往需要扣除無(wú)表面活性劑時(shí)體系的擬合結(jié)果。VERRUTO等[50]用SANS測(cè)試甲苯、萘烷、甲基萘體系中NaCl對(duì)界面膜厚度的影響:未添加NaCl時(shí)其界面膜厚度為10~11nm,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%NaCl后界面膜厚度減為8~9nm。SANS測(cè)試中為了避免高濃度溶質(zhì)間散射的影響,需要稀釋樣品,可能對(duì)實(shí)際界面膜的厚度產(chǎn)生影響[56];但其原位測(cè)試和較高的測(cè)試精度使SANS技術(shù)具有極大的發(fā)展空間。

3.3界面膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)

界面膜的結(jié)構(gòu)越致密,其機(jī)械強(qiáng)度越高。界面膜的形貌結(jié)構(gòu)將界面膜的機(jī)械強(qiáng)度與表面活性物質(zhì)在界面的排布方式聯(lián)系起來(lái),有助于界面膜穩(wěn)定機(jī)理的揭示。近十幾年來(lái),界面膜形貌的表征引入了掃描電子顯微鏡[33]、CLSM[24-25]、布魯斯特角顯微鏡(brewster angle microscopy,BAM)和原子力顯微鏡(atomic force microscopy,AFM)等先進(jìn)微觀觀測(cè)方法,其中BAM和AFM可分別在微米和納米水平實(shí)現(xiàn)界面膜形貌結(jié)構(gòu)的直接觀測(cè)。

BAM技術(shù)是基于布魯斯特定律發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù):當(dāng)入射角為53.1°,氣水界面的反射光強(qiáng)度為零,因此可以通過(guò)活性物質(zhì)在界面的吸附會(huì)造成液體折射率變化進(jìn)而影響反射光強(qiáng)度這一現(xiàn)象,利用入射光線的反射情況在微米水平獲得界面膜的形貌結(jié)構(gòu)信息。FAN等[57]利用BAM觀察非離子表面活性劑對(duì)瀝青質(zhì)界面膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)由表面活性劑作用后界面膜結(jié)構(gòu)不如純?yōu)r青質(zhì)膜連貫致密,這與界面膜可壓縮性的變化相呼應(yīng),說(shuō)明非離子表面活性劑破壞了界面膜的結(jié)構(gòu)、降低了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。áLVAREZ等[58]利用BAM分別在不同溶劑體積觀察瀝青、瀝青質(zhì)及軟瀝青質(zhì)形成的界面膜,明確溶劑體積對(duì)界面膜形貌結(jié)構(gòu)的影響。BAM可直接監(jiān)測(cè)界面膜形態(tài)的變化,提供薄膜厚度分布及薄膜形態(tài)等信息而不損壞樣品膜,是近幾年十分受研究者青睞的一種研究方法[57-58]。

與BAM相比較,AFM在納米水平觀測(cè)界面膜的形貌,能得到更加詳細(xì)的膜形貌信息。AFM通過(guò)LB膜與探針間的原子間相互作用力-距離關(guān)系得到界面膜的形貌圖[59-64]。ZHANG等[65]利用AFM觀察瀝青質(zhì)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)聚集體在界面形成連續(xù)、不間斷的膜。HOU等[31]利用AFM觀測(cè)EC對(duì)瀝青界面膜的破壞作用,發(fā)現(xiàn)未投加EC之前,瀝青質(zhì)膜呈現(xiàn)交錯(cuò)相連的三維網(wǎng)狀細(xì)密結(jié)構(gòu),加入EC后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失,界面上僅存在一些獨(dú)立的點(diǎn)上吸附有少量表面活性劑。AFM可在納米水平提供界面膜三維形態(tài)結(jié)構(gòu)信息,是近幾年界面膜形態(tài)研究的重點(diǎn)研究方法[59-62,66]。

相較于乳狀液的宏觀與介觀研究,乳狀液的微觀研究將目光聚焦在界面膜上,更接近乳狀液穩(wěn)定性研究的本質(zhì),但受限于目前的技術(shù)水平,界面膜的研究多為異位研究:在界面膜機(jī)械強(qiáng)度的研究中,界面流變儀技術(shù)需后期構(gòu)造平面或曲面膜,Langmuir槽法需在氣液界面形成平面膜,微量吸液管技術(shù)需人工形成模擬液滴;在界面膜厚度的研究中,QCM模擬油水界面在芯片上形成模擬膜研究;在界面膜形貌結(jié)構(gòu)的研究中,BAM和AFM分別在氣液界面和固體表面構(gòu)造Langmuir膜和LB膜進(jìn)行研究。異位檢測(cè)使得研究結(jié)果與真實(shí)體系存在一定偏差。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,研究者們常結(jié)合各尺度的多種研究方法共同研究乳狀液的穩(wěn)定性,以克服這一缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

近年來(lái),乳狀液宏觀相分離、介觀分散相粒度及微觀界面膜穩(wěn)定性的研究方面涌現(xiàn)許多新技術(shù),包括Turbiscan、LF-NMR、微量吸液管技術(shù)及BAM、AFM等先進(jìn)方法,極大促進(jìn)了乳狀液穩(wěn)定性在不同尺度的研究。在乳狀液穩(wěn)定性研究上,綜合運(yùn)用不同尺度的研究技術(shù),建立多種結(jié)果相互佐證的研究體系是全面深入探究乳狀液穩(wěn)定機(jī)制的關(guān)鍵。在研究技術(shù)的開發(fā)方面,尤其是界面膜的研究方面,還未實(shí)現(xiàn)真正的原位測(cè)定,建立適用范圍廣、能準(zhǔn)確反映乳狀液穩(wěn)定性的原位技術(shù)是儀器技術(shù)發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] GAO S,MORAN K,XU Z,et al. Role of bitumen components in stabilizing water-in-diluted oil emulsions[J]. Energy & Fuels,2009,23:2606-2612.

[2] GAFONOVA O V,YARRANTON H W. The stabilization of water-in-hydrocarbon emulsions by asphaltenes and resins[J]. Journal of Colloid and Interface Science,2001,241(2):469-478.

[3] LIU J,HUANG X,LU L,et al. Turbiscan Lab (R) Expert analysis of the biological demulsification of a water-in-oil emulsion by two biodemulsifiers[J]. Journal of Hazardous Materials,2011,190(1-3):214-221.

[4] WEN Y,CHENG H,LU L J,et al. Analysis of biological demulsification process of water-in-oil emulsion by Alcaligenes sp S-XJ-1[J]. Bioresource Technology,2010,101(21):8315-8322.

[5] KIRAN S K,NG S,ACOSTA E J. Impact of asphaltenes and naphthenic amphiphiles on the phase behavior ofsolvent-bitumen-water systems[J]. Energy & Fuels,2011,25(5):2223-2231.

[6] MOSCHAKIS T,MURRAY B S,DIC and Interface Science,2005,284(2):714-728.

[7] YOUAN B B C,JACKSON T L,DICKENS L,et al. Protein release profiles and morphology of biodegradable microcapsules containing an oily core[J]. Journal of Controlled Release,2001,76(3):313-326.

[8] TCHOLAKOVA S,DENKOV N D,SIDZHAKOVA D,et al. Interrelation between drop size and protein adsorption at various emulsification conditions[J]. Langmuir,2003,19(14):5640-5649.

[9] 黃翔峰,程航,陸麗君,等. 利用穩(wěn)定性分析儀研究化學(xué)破乳過(guò)程[J]. 化工進(jìn)展,2010,29(5):825-830.

[10] VAN DER TUUK OPEDAL N,S?RLAND G,SJ?BLOM J. Methods for droplet size distribution determination of water-in-oil emulsions using low-field NMR[J]. Diffusion fundamentals,2009,7:1-29.

[11] OPEDAL N V D T,KRALOVA I,LESAINT C,et al. Enhanced sedimentation and coalescence by chemicals on real crude oil systems[J]. Energy & Fuels,2011,25(12):5718-5728.

[12] DENKOVA P S,TCHOLAKOVA S,DENKOV N D,et al. Evaluation of the precision of drop-size determination in oil/water emulsions by low-resolution NMR spectroscopy[J]. Langmuir,2004,20(26):11402-11413.

[13] HARBOTTLE D,CHEN Q,MOORTHY K,et al. Problematic stabilizing films in petroleum emulsions:shear rheological response of viscoelastic asphaltene films and the effect on drop coalescence[J]. Langmuir,2014,30(23):6730-6738.

[14] YARRANTON H W,URRUTIA P,SZTUKOWSKI D M. Effect of interfacial rheology on model emulsion coalescence——Ⅱ. Emulsion coalescence[J]. Journal of Colloid and Interface Science,2007,310 (1):253-259.

[15] YEUNG A,DABROS T,MASLIYAH J,et al. Micropipette:a new technique in emulsion research[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2000,174(1-2):169-181.

[16] 劉龍偉,郭睿,解傳梅,等. 支鏈聚醚原油破乳劑的合成與表征[J].精細(xì)化工,2014(7):898-902.

[17] BURON H,MENGUAL O,MEUNIER G,et al. Optical characterization of concentrated dispersions:applications to laboratory analyses and on-line process monitoring and control[J]. Polymer International,2004,53(9):1205-1209.

[18] MENGUAL O,MEUNIER G,CAYRE I,et al. TURBISCAN MA 2000:multiple light scattering measurement for concentrated emulsion and suspension instability analysis[J]. Talanta,1999,50 (2):445-456.

[19] 彭開銘. 生物破乳菌Alicaligenes sp. S-XJ-1表面物質(zhì)、性質(zhì)特征及其對(duì)乳狀液作用規(guī)律的研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2014.

[20] KANG W L,XU B,WANG Y J,et al. Stability mechanism of W/O crude oil emulsion stabilized by polymer and surfactant[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2011,384 (1-3):555-560.

[21] SIMON S,PIERRARD X,SJOBLOM J,et al. Separation profile of model water-in-oil emulsions followed by nuclear magnetic resonance (NMR) measurements:application range and comparison with a multiple-light scattering based apparatus[J]. Journal of Colloid and Interface Science,2011,356(1):352-361.

[22] CARNEIRO G F,SILVA R C,BARBOSA L L,et al. Characterisation and selection of demulsifiers for water-in-crude oil emulsions using low-field1H NMR and ESI-FT-ICR MS[J]. Fuel,2015,140:762-769.

[23] MORGAN V G,BARBOSA L L,LACERDA V,et al. Evaluation of the physicochemical properties of the postsalt crude oil for low-field NMR[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2014,53 (21):8881-8889.

[24] HUNG J,CASTILLO J. Proc. SPIE 6337,Advanced environmental,chemical,and biological sensing technologies Ⅳ[C]. Boston,MA,US. 2006.

[25] HUNG J,CASTILLO J,REYES A. Kinetics of asphaltene aggregation in toluene-heptane mixtures studied by confocal microscopy[J]. Energy & Fuels,2005,19(3):898-904.

[26] CLAUSSE D,GOMEZ F,PEZRON I,et al. Morphology characterization of emulsions by differential scanning calorimetry[J]. Advances in Colloid and Interface Science,2005,117(1/2/3):59-74.

[27] ASKE N,KALLEVIK H,SJOBLOM J. Water-in-crude oil emulsion stability studied by critical electric field measurements. Correlation to physico-chemical parameters and near-infrared spectroscopy[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2002,36(1-2):1-17.

[28] BARRABINO A,KELE?O?LU S,S?RLAND G H,et al. Phase inversion in emulsions studied by low field NMR[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2014,443:368-376.

[29] SANDNES R,SIMON S,SJOBLOM J,et al. Optimization and validation of low field nuclear magnetic resonance sequences to determine low water contents and water profiles in W/O emulsions[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2014,441:441-448.

[30] YU X,BURNHAM N A,TAO M. Surface microstructure of bitumen characterized by atomic force microscopy[J]. Advances in Colloid and Interface Science,2015,218:17-33.

[31] HOU J,F(xiàn)ENG X H,MASLIYAH J,et al. Understanding interfacial behavior of ethylcellulose at the water-diluted bitumen interface[J]. Energy & Fuels,2012,26(3):1740-1745.

[32] 于娜娜,鄧平,王篤政. 石油破乳技術(shù)進(jìn)展[J]. 精細(xì)石油化工進(jìn)展,2011(6):17-22.

[33] PENSINI E,HARBOTTLE D,YANG F,et al. Demulsification mechanism of asphaltene-stabilized water-in-oil emulsions by a polymeric ethylene oxide propylene oxide demulsifier[J]. Energy & Fuels,2014,28(11):6760-6771.

[34] YANG X L,VERRUTO V J,KILPATRICK P K. Dynamic asphaltene-resin exchange at the oil/water interface:time-dependent W/O emulsion stability for asphaltene/resin model oils[J]. Energy & Fuels,2007,21(3):1343-1349.

[35] HUA Y J,ANGLE C W. Brewster angle microscopy of langmuir films of athabasca bitumens,n-C5asphaltenes,and SAGD bitumen during pressure-area hysteresis[J]. Langmuir,2013,29(1):244-263.

[36] MORAN K,CZARNECKI J. Competitive adsorption of sodium naphthenates and naturally occurring species at water-in-crude oil emulsion droplet surfaces[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2007,292(2-3):87-98.

[37] CZARNECKI J,TCHOUKOV P,DABROS T,et al. Role of asphaltenes in stabilisation of water in crude oil emulsions[J].Canadian Journal of Chemical Engineering,2013,91(8):1365-1371.

[38] 曹緒龍,崔曉紅,李秀蘭,等. 擴(kuò)張流變法研究表面活性劑在界面上的聚集行為[J]. 化學(xué)通報(bào),2009(6):507-515.

[39] TAO J,SHI P,F(xiàn)ANG S W,et al. Effect of rheology properties of oil/water interface on demulsification of crude oil emulsions[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2015,54(17):4851-4860.

[40] LI Z F,HARBOTTLE D,PENSINI E,et al. Fundamental study of emulsions stabilized by soft and rigid particles[J]. Langmuir,2015,31(23):6282-6288.

[41] FAN Y,SIMON S,SJOBLOM J. Interfacial shear rheology of asphaltenes at oil-water interface and its relation to emulsion stability:influence of concentration,solvent aromaticity and nonionic surfactant[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2010,366(1-3):120-128.

[42] ALVAREZ G,JESTIN J,ARGILLIER J F,et al. Small-angle neutron scattering study of crude oil emulsions:structure of the oil-water interfaces[J]. Langmuir,2009,25(7):3985-3990.

[43] ALVES D R,CARNEIRO J S A,OLIVEIRA I F,et al. Influence of the salinity on the interfacial properties of a Brazilian crude oil-brine systems[J]. Fuel,2014,118:21-26.

[44] 張磊,宮清濤,周朝輝,等. 旋轉(zhuǎn)滴方法研究界面擴(kuò)張流變性質(zhì)[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào),2009(1):41-46.

[45] YUAN J,ZHAI X,XU G,et al. Influence of inorganic salts on the demulsification of block polyether with seven branches for crude oil emulsion[J]. Chemical Journal of Chinese Universities,2014,35(2):325-331.

[46] YANG F,TCHOUKOV P,PENSINI E,et al. Asphaltene subfractions responsible for stabilizing water-in-crude oil emulsions. part 1:interfacial behaviors[J]. Energy & Fuels,2014,28(11):6897-6904.

[47] VERRUTO V J,LE R K,KILPATRICK P K. Adsorption and molecular rearrangement of amphoteric species at oil-water interfaces[J]. Journal of Physical Chemistry B,2009,113(42):13788-13799.

[48] BORGES B,RONDON M,SERENO O,et al. Breaking of water-in-crude-oil emulsions. 3. influence of salinity and water-oil ratio on demulsifier action[J]. Energy & Fuels,2009,23:1568-1574.

[49] TCHOUKOV P,YANG F,XU Z H,et al. Role of asphaltenes in stabilizing thin liquid emulsion films[J]. Langmuir,2014,30(11):3024-3033.

[50] VERRUTO V J,KILPATRICK P K. Water-in-model oil emulsions studied by small-angle neutron scattering:interfacial film thickness and composition[J]. Langmuir,2008,24(22):12807-12822.

[51] ABUDU A,GOUAL L. Adsorption of crude oil on surfaces using quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D) under flow conditions[J]. Energy & Fuels,2009,23:1237-1248.

[52] KANG W L,JING G L,ZHANG H Y,et al. Influence of demulsifier on interfacial film between oil and water[J]. Colloids and Surfaces A(Physicochemical and Engineering Aspects),2006,272(1-2):27-31.

[53] GOUAL L,HORVATH-SZABO G,MASLIYAH J H,et al. Adsorption of bituminous components at oil/water interfaces investigated by quartz crystal microbalance:implications to the stability of water-in-oil emulsions[J]. Langmuir,2005,21(18):8278-8289.

[54] TAVAKKOLI M,PANUGANTI S R,TAGHIKHANI V,et al. Asphaltene deposition in different depositing environments:part 2. Real oil[J]. Energy & Fuels,2014,28(6):3594-3603.

[55] TAVAKKOLI M,PANUGANTI S R,VARGAS F M,et al. Asphaltene deposition in different depositing environments:part 1. Model oil[J]. Energy & Fuels,2014,28(3):1617-1628.

[56] 夏慶中,陳波. 中子小角散射實(shí)驗(yàn)技術(shù)[J]. 中國(guó)核科技報(bào)告,2005 (2):21-34.

[57] FAN Y,SIMON S,SJOEBLOM J. Influence of nonionic surfactants on the surface and interfacial film properties of asphaltenes investigated by Langmuir balance and Brewster angle microscopy[J]. Langmuir,2010,26(13):10497-10505.

[58] ALVAREZ L,DIAZ M E,MONTES F J,et al. Langmuir technique and Brewster angle microscope studies of the interfacial behavior of bitumen,asphaltenes and maltenes at the air-water interface. I. effect of different spreading solution volumes[J]. Fuel,2010,89(3):691-702.

[59] ESE M H,SJOBLOM J,DJUVE J,et al. An atomic force microscopy study of asphaltenes on mica surfaces. influence of added resins and demulsifiers[J]. Colloid and Polymer Science,2000,278(6):532-538.

[60] VUILLAUME K,GIASSON S. Interactions between mica surfaces across crude oil and asphaltene solutions[J]. Journal of Physical Chemistry C,2009,113(9):3660-3665.

[61] CHANDRA M S,XU Z,MASLIYAH J H. Interfacial films adsorbed from bitumen in toluene solution at a toluene-water interface:a Langmuir and Langmuir-Blodgett film approach[J]. Energy & Fuels,2008,22(3):1784-1791.

[62] FENG X H,MUSSONE P,GAO S,et al. Mechanistic study on demulsification of water-in-diluted bitumen emulsions by ethylcellulose[J]. Langmuir,2010,26(5):3050-3057.

[63] NATARAJAN A,KUZNICKI N,HARBOTTLE D,et al. Understanding mechanisms of asphaltene adsorption from organic solvent on mica[J]. Langmuir,2014,30(31):9370-9377.

[64] 吳召洪,陳建,附青山,等. 原子力顯微鏡探針針尖修飾的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào),2014(15):62-68.

[65] ZHANG L Y,XU Z H,MASLIYAH J H. Characterization of adsorbed athabasca asphaltene films at solvent-water interfaces using a Langmuir interfacial trough[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research,2005,44(5):1160-1174.

[66] DOS SANTOS S,PARTL M N,POULIKAKOS L D. Newly observed effects of water on the microstructures of bitumen surface[J]. Construction and Building Materials,2014,71:618-627.

研究開發(fā)

Technical progress of multiscale study on oil-water emulsion stability

HUANG Xiangfeng,WANG Xuhui,LU Lijun,LIU Jia,PENG Kaiming
(College of Environmental Science and Engineering,State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse,Tongji University,Shanghai 200092,China)

Abstract:Oil-water emulsions have wide range of applications in the field of petrochemicals,food,medicine and others. The stability of emulsion has been a research hotspot. This paper reviewed research methods of emulsion stability in recent years,summarized the progress of research techniques from three aspects and made brief comparison of the advantages and disadvantages of different methods of the same scale. On the macro-scale,emulsion stability analyzers and low-field NMR are used to characterize the phase separation process,which simplifies the test operation and renders a more accurate result. On mesoscopic scale,the in situ characterization of emulsion droplet size can be achieved by fitting calculation of the optical and NMR results. On the micro-scale,the accurate characterization of interfacial film stability is realized by the development and introduction of micropipette,microscopic observation technologies and others,which includes the research of mechanical strength,thickness and morphology of interfacial film. In addition,this article also identified the integrated use of different methods in in-depth inquiring the stability mechanism,analyzed trends of research methods in oil-water emulsion stability,and noted that in situ characterization technology is the development direction of emulsion stability research.

Key words:emulsions;stability;multiscale;phase separation;droplet;interfacial film

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51478325)。

收稿日期:2015-07-13;修改稿日期:2015-08-11。

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.004

中圖分類號(hào):O 648

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1000–6613(2016)01–0026–08

猜你喜歡
液滴乳液穩(wěn)定性
一類k-Hessian方程解的存在性和漸近穩(wěn)定性
SBR改性瀝青的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
液滴間相互碰撞融合與破碎的實(shí)驗(yàn)研究
噴淋液滴在空氣環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)特性
乳液型膠結(jié)料超薄磨耗層技術(shù)研究現(xiàn)狀
半動(dòng)力系統(tǒng)中閉集的穩(wěn)定性和極限集映射的連續(xù)性
優(yōu)雅(2016年2期)2016-06-03
β-胡蘿卜素微乳液的體外抗氧化性初探
基于二元液滴碰撞模型的噴霧計(jì)算研究
微乳液在工業(yè)洗滌中的應(yīng)用及發(fā)展前景
咸丰县| 彭泽县| 巫山县| 大方县| 洱源县| 金堂县| 泗阳县| 二连浩特市| 互助| 温州市| 道孚县| SHOW| 大同县| 峡江县| 商洛市| 清水县| 榆社县| 黄大仙区| 井陉县| 体育| 于田县| 榆中县| 英山县| 万荣县| 五家渠市| 大渡口区| 沈丘县| 神池县| 延川县| 玉环县| 麟游县| 永春县| 广安市| 洪泽县| 张家界市| 温泉县| 常熟市| 华容县| 惠安县| 密山市| 龙井市|