微乳液体系拟三元相图及其微观结构的研究

第37卷第1期2016年2月能源化工EnergyChemicalIndustryVol.37No.1Feb.，2016研究与开发微乳液体系拟三元相图及其微观结构的研究严冰，李华锋，李静，曹博，燕永利*(西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065)摘要:在25℃下绘制了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/正辛醇/正辛烷/水的拟三元相图，研究了CTAB与正辛醇质量比分别为1∶2，1∶3，2∶3下体系的微乳区以及微乳区的变化，并采用电导率法研究了微乳液的微观结构，将整个微乳液单相区分为油包水(W/O)微乳区、水包油(O/W)微乳区和B.C.双连续区，确定了微乳液体系形成区域并比较了各质量比下的微乳区。研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:当CTAB/正辛醇的质量比为2∶3时，能够得到较大且稳定的微乳区域;在此条件下，当(CTAB+正辛醇)/正辛烷的质量比为3∶7时，微乳液区域中存在最高溶水点且微乳液区域最大。该研究从热力学相图原理上为纳米颗粒的可控制备提供了理论依据。关键词:十六烷基三甲基溴化铵正辛醇正辛烷拟三元相图微乳液电导率中图分类号:TQ013.1文献标识码:A文章编号:2095－9834(2016)01－0060－05Studyonthepseudo-ternarycomponentphrasebehaviorofmicroemulsionsystemanditsmicrostructuresYANBing，LIHuafeng，LIJing，CaoBo，YANYongli(CollegeofChemistry＆ChemicalEngineering，Xi'anShiyouUniversity，Xi'an710065，China)Abstract:Thephasebehaviorofthepseudo-ternarycomponentofcetyltrimethylammoniumbromide(CTAB)/n-octylalcohol/n-octane/watersystemarestudiedat25℃．ThemicroemulsionregionanditschangeunderthemassratiosofCTABton-octylalcoholof1∶2，1∶3，2∶3，respectively，areinvestigated．Accordingtothemicrostructureofmicroemulsionbyusingconductivitymethod，theen-tiremicroemulsionphaseisdividedintoW/O，O/Wandbicontinuousmicroemulsiondomains．Theformationregionsofmicroemulsionsystemaredeterminedandthemicroemulsionregionswithdifferentmassratioarecompared．TheresultsindicatethatthemicroemulsionregionislargerandmorestablewhenthemassratioofCTABton-octylalcoholis2∶3，meanwhile，whenthemassratioofCTABaddingn-octylalcoholton-octaneis3∶7，thereexistthehighestwatercontentandthemaximummicroemulsionregion．Thisresearchprovidesatheoreticalbasisforthecontrollablepreparationofnanoparticlesontheprincipleofthermodynamicphasebehavior.Keywords:cetyltrimethylammoniumbromide;n-octylalcohol;n-octane;pseudo-ternarycomponentphasebehavior;microemul-sion;conductivity收稿日期:2015－08－07。作者简介:严冰(1991—)，男，陕西咸阳人，硕士研究生，研究方向为油田胶体与界面化学。E-mail:yb123121@vip.qq.com。*联系人:燕永利(1965—)，男，博士，教授，主要从事胶体化学基础研究。E-mail:yylhill@163.com。微乳液通常是由油、水或电解质水溶液、表面活性剂、助表面活性剂在一定条件下自发形成的热力学稳定、各向同性、低豁度的透明或半透明、粒径在10～100nm的分散体系，具有超低界面张力、黏度小等特点［1－2］。微乳液作为制备纳米颗粒的反应介质体系受到广泛关注。作为阳离子表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，能够形成较大范围的W/O单相微乳液区域，广泛应用于材料科学、生物技术及医学等领域［3］。微乳液在油气田方面的应用则更为广泛［4－8］。油田开采过程中往往由于原油附着在岩层表面而不易开采，在岩层中加入微乳液能降低原油的表面张力，明显降低原油黏度，增大流体流动性，使原油增溶的效果明显，从而提高原油的采收率，达到深化采油的目的。本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究了CTAB/正辛醇/正辛烷/水体系ChaoXing严冰等微乳液体系拟三元相图及其微观结构的研究的W/O型微乳液在25℃下的相行为，着重研究了表面活性剂与助表面活性剂的质量比及有机溶剂含量对该微乳液区域大小和稳定性的影响，并对该微乳体系的结构进行了电导研究，以寻求制备纳米乳液的最佳微乳体系，为该微乳液在油气田开采方面的研究应用提供理论依据。1试验部分1.1主要试剂与仪器十六烷基三甲基溴化铵、正辛醇，均为 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 纯，天津市福晨化学试剂厂;正辛烷，分析纯，天津市登峰化学试剂厂。超声波材料乳化分散器，BILON－50，西安比郎生物科技有限公司;数字电导率仪，DDS－11A，上海大普仪器有限公司;电子分析天平，FA－2004，上海恒平科学仪器有限公司。1.2CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳液体系拟三元相图的绘制制备微乳液的方法通常有2种:①将有机相、水相及表面活性剂混合均匀，向其中添加助表面活性剂，溶液由浑浊变为澄清即为微乳液的形成点;②将有机相、表面活性剂以及助表面活性剂混合，向其中添加蒸馏水，溶液由浑浊变为澄清的点即为微乳液的形成点。本研究采取的是上述第2种制备方法。具体操作过程如下:称取0.5gCTAB，将CTAB和正辛醇分别按质量比1∶2，1∶3，2∶3混合，混合液视为1个组分;将混合液与正辛烷分别按不同的质量比(9∶1，7∶3，5∶5，3∶7，1∶9)混合均匀，成为拟二元组分体系，放入50mL烧杯中，超声乳化40min，在25℃条件下恒定30min。此时的混合体系为浑浊态，采用25mL的酸式滴定管少量逐滴滴加蒸馏水(第3组分)并不断搅拌，当变为澄清状态时记录滴加蒸馏水的量即为微乳液的形成点。继续滴加蒸馏水，体系则会由澄清回到浑浊，即为微乳液的消失点。利用目测观察法及电导率法绘制微乳液体系的拟三元相图。2结果与讨论2.1CTAB/正辛醇/正辛烷/水体系宏观图向一定比例组成的CTAB、正辛醇和正辛烷的混合液中缓慢滴加水，会出现由浑浊变澄清的微乳液形成点，表示微乳液区域出现。CTAB/正辛醇/正辛烷/水体系的浑浊及澄清效果见图1。图1CTAB/正辛醇/正辛烷/水体系的浑浊及澄清图由图1可见:在CTAB/正辛醇/正辛烷/水的体系滴加蒸馏水的过程中，出现了在宏观上能很明显区分的浑浊区和微乳区。2.2CTAB/正辛醇/正辛烷/水体系在不同CTAB/正辛醇质量比下的拟三元相图前期做过CTAB/正辛醇质量比为3∶2，3∶1的2组探索性试验，但发现无论油水质量如何变化，均很难形成稳定的微乳区(即在澄清变浑浊之前，体系就已发生分层，或体系根本不澄清，表明溶液体系极不稳定)或微乳区相对较小;当CTAB/正辛醇质量比为1∶3，1∶2，2∶3时，微乳区域相比较而言更大且稳定性更高。2.2.1CTAB/正辛醇质量比1∶2的体系称取0.50gCTAB、1.00g正辛醇为基准并混合，再按不同比例分别将13.54，6.03，3.53g正辛烷加入混合溶液中滴水超声，溶液再次由澄清变浑浊时用水量分别为0.68，1.10，0.81mL。以得到的数据绘制拟三元相图，得到一个较为稳定的微乳区。CTAB/正辛醇质量比为1∶2的体系微乳区拟三元相图见图2。2.2.2CTAB/正辛醇质量比1∶3的体系称取0.50gCTAB、1.50g正辛醇为基准并混合，再按不同比例分别将18.01，8.01，4.60g正辛烷加入混合溶液中滴水超声，溶液再次由澄清变浑浊时用水量分别为1.25，0.38，0.67mL。以得到的·16·ChaoXing能源化工2016年第37卷第1期图2CTAB/正辛醇质量比1∶2的体系微乳区拟三元相图数据绘制拟三元相图，得到最小的微乳区。CTAB/正辛醇质量比为1∶3的体系微乳区拟三元相图见图3。图3CTAB/正辛醇质量比1∶3的体系微乳区拟三元相图2.2.3CTAB/正辛醇质量比2∶3的体系称取0.50gCTAB、0.75g正辛醇为基准并混合，再按不同比例分别将11.25，5.00，2.87g正辛烷加入混合溶液中滴水超声，溶液再次由澄清变浑浊时用水量分别为2.80，0.75，0.69mL。以得到的数据绘制拟三元相图，得到最大的微乳区。CTAB/正辛醇质量比为2∶3的体系微乳区拟三元相图见图4。图4CTAB/正辛醇质量比2∶3的体系微乳区拟三元相图2.2.4不同CTAB/正辛醇质量比下体系的拟三元总相图不同CTAB/正辛醇质量比下体系的拟三元总相图见图5。黄色线段所围成的区域为CTAB/正辛醇质量比为2∶3的微乳区，红色线段所围成的区域为CTAB/正辛醇质量比为1∶3的微乳区，绿色线段所围成的区域为CTAB/正辛醇质量比为1∶2的微乳区;对3个区域进行比较，可以看出当CTAB/正辛醇质量比为2∶3时出现最大的微乳区。图5不同CTAB/正辛醇质量比下体系的拟三元相图由图5的拟三元相图可见:增加正辛醇的量会使微乳区域逐渐增大，而当达到一个最大值时，再增加正辛醇的量，微乳区则会逐渐减小。这是由于正辛醇在表面活性剂中含量增加时，表面活性剂会与醇形成一个较为致密且具有一定强度的双重混合膜［9］，且醇的量增加会有效地降低界面张力，界面张力降低会使微乳液体系更为稳定。但是醇与表面活性剂存在一个相应的比例，醇的量超过这个比例就会有少量的醇进入有机相，使得混合膜的强度降低，导致微乳液体系的稳定性下降。因为醇类的碳链相对较短，可以进入界面膜中表面活性剂分子间的空隙，增大了表面活性剂层的柔韧性，降低了界面膜的刚性，增加其流动性，因而减少了微乳液体系形成所需的弯曲能，使得微乳液体系更加容易自发进行。由试验数据和图可以看出，正辛烷质量分数的变化对微乳区域大小的影响比较大。当体系中只有正辛烷时水的增溶量为0;随着正辛烷含量减少，逐渐产生微乳区域;当(CTAB+正辛醇)/正辛烷质量比为3∶7时，微乳体系水的增溶量达到最大;随着正辛烷含量的进一步减少，体系水增溶量又逐渐减小。用微乳液法制备纳米粒子过程中，较大的增溶水量以及范围较宽的微乳区域对于纳米粒子的制备都有着决定性的影响。由此可见，当(CTAB+正·26·ChaoXing严冰等微乳液体系拟三元相图及其微观结构的研究辛醇)/正辛烷质量比为3∶7时，微乳液区域中存在最高溶水点且微乳液区域最大。2.3水体积分数对微乳体系电导和结构的影响根据电化学公式，溶液的电量I可由下式计算:I=e∑ziJi+eZmJm(1)式中:e———单个电子的带电荷量，1.6×10－19C;Zi，Zm———离子i和微乳液液滴的有效电荷，C;Ji，Jm———离子i和微乳液液滴的流量，mL/s。电导率κ可由下式计算:κ=e2∑Z2iDici+Z2mDmcm()/kT(2)式中:Di———离子i的有效扩散系数;Dm———微乳液液滴的斯托克斯－爱因斯坦扩散系数;ci，cm———离子i和微乳液液滴在整个溶液中的质量浓度，g/mL;T———温度，℃;k———波耳兹曼常数。式(2)中的ci可由下式求得:ci=φcci(c)(3)式中:φc———连续相体积分数;ci(c)———离子i在连续相的质量浓度，g/mL。CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳体系的电导率与水体积分数的关系见图6。由图6可见:CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳体系与传统微乳液非常吻合［10］。图6CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳体系的电导率与水体积分数的关系根据图表可以更好地解读CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳体系的电导率与水的体积分数的走势。由图6可见，随着水体积分数的上升，体系电导率呈现4步变化:当水体积分数较小时，体系为W/O型微乳液，此时微乳液的导电性由反胶束微乳液液滴的导电性决定，随着分散相质量分数的增加，反胶束乳液液滴的质量浓度增加，反向乳液液滴聚集而出现渗透现象，电导率随反胶束乳液质量浓度的增大而增大，呈上升趋势;当水体积分数达到30%左右时，电导率出现了一个拐点，上升幅度明显增大，这是由于反向微乳液液滴发生黏性碰撞，相互融合，电导率呈线性上升;当水体积分数达到38%左右时，电导率出现了一个转折点，当水体积分数大于38%时，电导率上升趋势开始放缓，说明此时体系由W/O型过渡到双连续型结构，当水体积分数为50%时，得到最大电导率;继续增大水体积分数，电导率开始下降，这是由于形成了水包油型微乳液，此时的电导率主要取决于正胶束微乳液的导电性，含水量增大导致微乳液稀释，正胶束微乳液液滴的质量浓度下降，导致电导率下降。3结论对CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳液体系进行了相行为研究，主要研究了表面活性剂与助表面活性剂的质量比以及正辛烷的含量对微乳液体系相行为的影响，并通过目测滴定法得到了拟三元相图。考察了影响微乳区域大小及增溶水量的因素，并根据电导渗透理论进一步得到了CTAB/正辛醇/正辛烷/水微乳液体系微乳液的微观结构。研究表明，助表面活性剂、有机溶剂对于微乳液体系都有一定的影响，最终通过以上2个方面确定了微乳液体系的最佳质量比配方，发现当CTAB/正辛醇质量比为2∶3，且(CTAB+正辛醇)/正辛烷质量比为3∶7时能够得到较大且稳定的微乳区域。通过对微乳液体系的相行为研究，为进一步了解微乳液的微观结构及微乳区域的确定打下了理论基础，为今后微乳液更为广泛的生产应用提供了试验基础。参考文献:［1］白永庆，龚福忠，李丹，等．微乳液的结构性质及其应用进展的研究［J］．化工技术与开发，2007，36(11):24－25.［2］王军，杨许召．微乳液的制备及应用［M］．北京:中国纺织出版社，2011:1－3.［3］赵永男，陈向阳，李秀宏，等．微乳液体系中溶剂热合成Co纳米纤维［J］．高等学校化学学报，2003，(06):986－988.［4］MOUSSAD，JONEST，ANWARM．Newinsightsinto·36·ChaoXing能源化工2016年第37卷第1期surfactantsystemdesignstoincreasehydrocarbonproduc-tion［R］．SPE164273，2013.［5］QUINTEROL，JONEST，PIETRANGELIG．Properde-signcriteriaofmicroemulsiontreatmentfluidsforenhancingwellproduction［R］．SPE154451，2012.［6］罗明，刘佳林，温庆志，等．一种微乳液型压裂酸化助排剂及其制备方法与应用:CN201010609208［P］．2011－07－20.［7］PursleyJ，GlennP，DavidH．Microemulsionadditivesenableoptimizedformationdamagerepairandprevention［R］．SPE86556，2004.［8］DARUGARQ，QUINTEROL，JONEST．WellboreRe-mediationusingMicroemulsionTechnologytoIncreaseHydrocarbonProductivity［R］．SPE160851，2012.［9］李干佐，杨伟华．醇对微乳液形成的影响［J］．石油学报，1983，4(4):63－72.［10］周芳霞，侯万国．呋喃甲醛－甲醇－水构成的微乳液体系的确定［J］．山东化工，2013，42(8):39－41.檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪专利文摘铁系催化剂及其制备方法申请号:201510435128.5申请日:2015－07－22申请人:神华集团有限责任公司，中国神华煤制油化工有限公司，中国神华煤制油化工有限公司上海研究院该专利提供了一种铁系催化剂及其制备方法。该催化剂包括活性成分、结构助剂及催化剂载体，活性成分包括FeOOH，结构助剂包括MnO(OH)2。MnO(OH)2的加入起到了分隔和分散FeOOH的作用，最终形成粒度极小的FeOOH。粒度较小的FeOOH极易与S结合转化为活性相Fe1－xS。该专利提供的铁系催化剂能与煤就近快速反应，促进煤大分子的催化热解和加氢，并提高了煤液化效率。因而上述铁系催化剂具有较好的分散性和稳定性，以及较高的煤直接液化活性。一种煤基合成油联产LNG的方法申请号:201510640687.X申请日:2015－09－30申请人:中科合成油工程股份有限公司该专利公开了一种煤基合成油联产LNG的方法。包括如下步骤:①原料煤经气化得到粗煤气;②将所述粗煤气经低温甲醇主洗段脱除酸性气体，得到合成气;③将所述合成气在油品合成单元经F－T合成反应，得到中间产品，所述中间产品为重质馏分油、轻质馏分油、重质蜡、F－T合成水和F－T合成尾气;④将所述中间产品中，所述重质馏分油、所述轻质馏分油和所述重质蜡经油品加工单元加氢精制和加氢裂化处理，即得到油品产品，所述油品产品为汽油和柴油;⑤所述F－T合成尾气经膜分离处理，得到的非渗透气经深冷分离II，即得到LNG产品。该发明可在煤制油的同时联产LNG，并能回收利用产生的酸性气体和F－T合成水及尾气。一种煤制聚合级乙二醇的精制剂及精制方法申请号:201510583086.X申请日:2015－09－15申请人:华烁科技股份有限公司该专利提供了一种煤制聚合级乙二醇的精制剂及精制提纯方法。一种煤制聚合级乙二醇的精制剂，其特征在于:它为经酸浸预处理改性的活性炭，预处理所用酸溶液为无机酸、低碳醇、水三组分的三元混合溶液。一种煤制聚合级乙二醇的精制方法，包括使煤制乙二醇依次通过填充有上述精制剂的固定床层，进样方式为上进下出，精制温度10～100℃，液时空速0.5～8h－1。该方法精制获得的煤制乙二醇的UV值可达到聚合级标准(220nm，≥75%;275nm，≥92%;350nm，≥99%)。与现有技术相比，该发明的精制方法工艺流程简单，吸附容量高且再生方法简单。经300t/a煤制乙二醇的中试验证，效果良好。一种耐硫甲烷化制备天然气的方法申请号:201510387783.8申请日:2015－07－03申请人:赛鼎工程有限公司，中国科学院山西煤炭化学研究所该专利涉及一种耐硫甲烷化制备天然气的方法。将焦炉煤气和煤制气经压缩一部分气体进行变换后，与未经变换气体组成满足要求的粗原料气;粗原料气进行耐硫甲烷化，甲烷化后气体进行净化脱除有害气体硫化氢，脱除的硫化氢去硫回收，净化后气体进行分离，将反应生成的甲烷和杂质组分分离出来制得天然气，分离的H2、CO和CO2等作为弛放气经变压吸附分离，分离出的H2、CO返回到耐硫甲烷化循环使用，分离出的CO2与液氨进行尿素合成。该发明具有经济性好、提高原料气的利用率、工艺简单的优点。·46·ChaoXing