利用水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)獨特的(de)物(wu)(wu)化性質，如儲氣(qi)(qi)密度高(gao)(gao)、生(sheng)成(cheng)產生(sheng)相變且相變溫度高(gao)(gao)、傳熱(re)系(xi)數低(di)等(deng)，可以開發(fa)一系(xi)列高(gao)(gao)新應(ying)用技術。水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)研究(jiu)領域(yu)正(zheng)在不斷(duan)擴(kuo)大(da)，已(yi)(yi)從最初石油與天然氣(qi)(qi)工業中的(de)水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)形成(cheng)預(yu)測與防治擴(kuo)展到化工、能(neng)源和(he)環境(jing)保護等(deng)領域(yu)。對水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)基礎性研究(jiu)已(yi)(yi)非常必要(yao)，人們采(cai)用和(he)提(ti)出了(le)各種不同的(de)方法(fa)和(he)措施(shi)來增加水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)儲氣(qi)(qi)量，降(jiang)低(di)相平衡點，縮短誘導時間，加速水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)生(sheng)成(cheng)。通過實驗添加新型添加劑(ji)降(jiang)低(di)水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)溶液的(de)表(biao)面張(zhang)力(li)，從而降(jiang)低(di)水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)生(sheng)成(cheng)條件，促進(jin)水(shui)(shui)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)生(sheng)成(cheng)，對實驗結果進(jin)行了(le)分析總結。

1、實(shi)驗裝置與實(shi)驗方法

實驗裝置采用芬蘭Kibron生產的QBZY-1型全自動表面張力儀，此表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)儀采(cai)用(yong)Wilhelmy盤法測(ce)(ce)定(ding)溶液(ye)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)。當(dang)感測(ce)(ce)鉑板(ban)浸(jin)入被測(ce)(ce)液(ye)體(ti)后，鉑板(ban)周(zhou)圍(wei)受到表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)，液(ye)體(ti)的(de)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)將鉑板(ban)往下拉。當(dang)液(ye)體(ti)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)及其它相關力(li)與平(ping)衡(heng)力(li)達到均衡(heng)時，感測(ce)(ce)鉑板(ban)停止向液(ye)體(ti)內部浸(jin)入，此時儀器的(de)平(ping)衡(heng)感應器將測(ce)(ce)量浸(jin)入液(ye)體(ti)的(de)深度，并(bing)將其轉化為液(ye)體(ti)的(de)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)值。

圖(tu)1為表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)儀工作(zuo)系(xi)統示意圖(tu)。硬件方面(mian)主要包括樣品臺(tai)、升降系(xi)統、數字化(hua)(hua)測(ce)力(li)系(xi)統和微處理(li)(li)器。軟(ruan)件方面(mian)由控制(zhi)、分析專用軟(ruan)件經(jing)(jing)過微處理(li)(li)器的一系(xi)列運(yun)算(suan)，將檢測(ce)到的微力(li)轉化(hua)(hua)成表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)值。由LCD數字顯示屏實時輸(shu)出表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)值，如果需要，可(ke)通(tong)過RS232接口連接打印(yin)機，打印(yin)數據(ju)或經(jing)(jing)計算(suan)機采集相(xiang)應數據(ju)。該裝置結(jie)構(gou)簡(jian)(jian)單，操作(zuo)簡(jian)(jian)便，準確性高。

圖(tu)1表面(mian)張力儀系統示意圖(tu)

2、實驗(yan)結果及分析

2.1濃度(du)對表面張力的影響

圖2為3、5、7、10、12℃下(xia)，陰離子表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)CTAB溶液的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)隨(sui)濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)變化示意(yi)圖。由圖2可知，CTAB是比較優(you)良的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)，在(zai)(zai)低(di)濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)下(xia)就能(neng)夠顯著降低(di)溶液表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)，在(zai)(zai)300 mg/kg-1時表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)達(da)到(dao)最(zui)低(di)值(zhi)，之(zhi)后隨(sui)濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)增大(da)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)變化不大(da)，因此CTAB的(de)臨界膠(jiao)束濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)CMC即(ji)在(zai)(zai)此濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)范(fan)圍附近(jin)。在(zai)(zai)所(suo)測溫度(du)(du)范(fan)圍內，當CTAB溶液達(da)到(dao)CMC以后，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)值(zhi)在(zai)(zai)14.5～23.5 mN/m之(zhi)間。隨(sui)溫度(du)(du)變化，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)值(zhi)相差較大(da)。

圖2不同溫度(du)下CTAB溶液表(biao)面張力隨濃度(du)的變(bian)化

圖3為3、5、7、10、12℃下，非(fei)離子型表(biao)面(mian)(mian)(mian)活性劑P123溶液(ye)的表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)隨(sui)濃(nong)度(du)(du)變(bian)化(hua)示意圖。由(you)圖3可知，P123在(zai)(zai)低濃(nong)度(du)(du)下就能夠顯著(zhu)降低溶液(ye)表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)，在(zai)(zai)400 mg/kg時表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)達到(dao)最低值，之后隨(sui)濃(nong)度(du)(du)增大(da)，表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)變(bian)化(hua)不大(da)，因此CTAB的臨界膠(jiao)束(shu)濃(nong)度(du)(du)CMC即(ji)在(zai)(zai)此濃(nong)度(du)(du)范(fan)圍附近。在(zai)(zai)所測溫(wen)度(du)(du)范(fan)圍內，當P123溶液(ye)達到(dao)CMC以后，表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)值在(zai)(zai)40.5～45.5 mN/m之間。隨(sui)溫(wen)度(du)(du)變(bian)化(hua)，表(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)值相(xiang)差較大(da)。

圖(tu)4為3、5、7、10、12℃下(xia)，本實驗自行合成(cheng)的(de)(de)離子液(ye)體［HMIPS］Ss溶液(ye)的(de)(de)表面張力隨濃度(du)(du)變化示意圖(tu)。由圖(tu)4可知，該離子液(ye)體溶液(ye)不(bu)具有(you)明顯的(de)(de)表面活性(xing)，不(bu)能顯著降低溶液(ye)表面張力。在所(suo)測溫度(du)(du)范圍(wei)內，表面張力值在73.6～74.8 mN/m之間。隨溫度(du)(du)變化，表面張力值相差很(hen)小(xiao)。

圖3不同溫度下(xia)P123溶(rong)液(ye)表面張(zhang)力隨(sui)濃度的變(bian)化

圖(tu)4不(bu)同溫度下(xia)［HMIPS］Ss溶液(ye)表面張力隨(sui)濃度的變化

2.2溫度對表面張力(li)的影響

圖5不同濃(nong)度的CTAB溶液(ye)表(biao)面張力隨溫度的變(bian)化

圖5為100、200、300、500、700、900 mg/kg濃度(du)下，陰離子表面(mian)活性劑CTAB溶液的表面(mian)張(zhang)力(li)隨溫度(du)變化示(shi)意圖。由圖5可知，300 mg/kg溶液的表面(mian)張(zhang)力(li)曲線(xian)(xian)最低，說明該濃度(du)的溶液表面(mian)活性最強。在(zai)(zai)(zai)所測溫度(du)范(fan)圍內，隨溫度(du)升高表面(mian)張(zhang)力(li)變化較大(da)，整體上表面(mian)張(zhang)力(li)曲線(xian)(xian)呈(cheng)波(bo)浪狀(zhuang)，出(chu)(chu)現(xian)拐點(dian)。6條曲線(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)3℃時均(jun)出(chu)(chu)現(xian)最低表面(mian)張(zhang)力(li)值(zhi)，在(zai)(zai)(zai)5℃附(fu)近均(jun)出(chu)(chu)現(xian)波(bo)峰；100、500和(he)900 mg/kg溶液在(zai)(zai)(zai)7℃附(fu)近時出(chu)(chu)現(xian)波(bo)谷(gu)(gu)，10℃附(fu)近再次(ci)出(chu)(chu)現(xian)波(bo)峰；200、300和(he)700 mg/kg溶液在(zai)(zai)(zai)10℃附(fu)近出(chu)(chu)現(xian)波(bo)谷(gu)(gu)。

圖(tu)6為(wei)100、200、300、500、700、900 mg/kg濃(nong)度(du)(du)(du)(du)下，非離子表面活性劑P123溶液的(de)表面張(zhang)力(li)隨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)變(bian)化示意圖(tu)。由(you)圖(tu)6可(ke)知，隨濃(nong)度(du)(du)(du)(du)增大(da)(da)，溶液降(jiang)(jiang)低(di)表面張(zhang)力(li)的(de)能力(li)逐漸增大(da)(da)，但各個濃(nong)度(du)(du)(du)(du)曲(qu)線(xian)(xian)差(cha)值不大(da)(da)，900 mg/kg濃(nong)度(du)(du)(du)(du)溶液表面活性最(zui)強。在所(suo)測溫(wen)度(du)(du)(du)(du)范圍內，整體上表面張(zhang)力(li)曲(qu)線(xian)(xian)幾(ji)乎呈(cheng)直線(xian)(xian)狀(zhuang)，遵循隨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高而表面張(zhang)力(li)降(jiang)(jiang)低(di)的(de)一(yi)般規律，斜率幾(ji)乎不變(bian)，未出現拐(guai)點(dian)，且(qie)相差(cha)較(jiao)大(da)(da)，同一(yi)條曲(qu)線(xian)(xian)3℃和(he)12℃表面張(zhang)力(li)值相差(cha)4.2～4.6 mN/m。

圖6不同(tong)濃(nong)度的(de)P123溶液表面張力隨(sui)溫度的(de)變化

圖7為(wei)100、300、500、700、900、1 200 mg/kg濃(nong)度下，本(ben)實驗(yan)自行合成的離(li)子(zi)液(ye)(ye)體(ti)［HMIPS］Ss溶(rong)液(ye)(ye)的表面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力隨溫(wen)度變化示意圖。在低(di)溫(wen)區(qu)間內(nei)300 mg/kg溶(rong)液(ye)(ye)的表面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力曲(qu)(qu)線(xian)(xian)最低(di)，說明該濃(nong)度的溶(rong)液(ye)(ye)表面(mian)活性最強。在所(suo)測溫(wen)度范圍(wei)內(nei)，整體(ti)上表面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力曲(qu)(qu)線(xian)(xian)遵循(xun)隨溫(wen)度升高而表面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力降低(di)的一(yi)般規律，但相(xiang)差(cha)不大，同(tong)一(yi)條曲(qu)(qu)線(xian)(xian)3℃和(he)12℃表面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力值相(xiang)差(cha)0.9～1.1 mN/m。

比(bi)較以(yi)上實驗結果發現，其中(zhong)降(jiang)低(di)(di)水合物(wu)(wu)溶(rong)液表(biao)(biao)面(mian)張力(li)效果最好的為300 mg/kg CTAB，然后依次為500 mg/kg P123、300 mg/kg［HMIPS］Ss。對于同一(yi)種添加劑，其降(jiang)低(di)(di)溶(rong)液表(biao)(biao)面(mian)張力(li)的能力(li)受到濃度(du)(du)以(yi)及溫度(du)(du)的影響，而其溶(rong)液降(jiang)低(di)(di)水合物(wu)(wu)生(sheng)成(cheng)(cheng)相平衡條(tiao)(tiao)件的最佳濃度(du)(du)與同一(yi)溫度(du)(du)區間內降(jiang)低(di)(di)自身(shen)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)效果最顯著的濃度(du)(du)相一(yi)致(zhi)，即一(yi)種促進劑溶(rong)液，在某(mou)濃度(du)(du)及溫度(du)(du)下表(biao)(biao)面(mian)張力(li)愈(yu)(yu)小，降(jiang)低(di)(di)水合物(wu)(wu)生(sheng)成(cheng)(cheng)條(tiao)(tiao)件愈(yu)(yu)顯著。

圖(tu)7不同濃(nong)度的(de)［HMIPS］Ss溶(rong)液表面(mian)張(zhang)力隨溫度的(de)變化

3、結論

水(shui)(shui)合物促進技術(shu)的(de)(de)(de)研究(jiu)目前尚未深入(ru)，重點在(zai)于新型添加(jia)劑的(de)(de)(de)開發(fa)，通過研究(jiu)CTAB、P123、［HMIPS］Ss這幾(ji)種(zhong)新型添加(jia)劑在(zai)不(bu)同濃度(du)和(he)(he)溫度(du)下對水(shui)(shui)合物溶液(ye)(ye)表(biao)面張力的(de)(de)(de)影響(xiang)，找到改善(shan)水(shui)(shui)合物生(sheng)成(cheng)(cheng)條(tiao)件的(de)(de)(de)辦法，即降低溶液(ye)(ye)表(biao)面張力從而降低水(shui)(shui)合物的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)條(tiao)件，為今后水(shui)(shui)合物促進技術(shu)的(de)(de)(de)研究(jiu)提(ti)供了(le)理論和(he)(he)數據支持。另(ling)外，應該了(le)解化(hua)學添加(jia)劑特殊的(de)(de)(de)分子結構對水(shui)(shui)合物生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影響(xiang)，有針(zhen)對性地合成(cheng)(cheng)新型的(de)(de)(de)水(shui)(shui)合物生(sheng)成(cheng)(cheng)促進劑。例如合成(cheng)(cheng)以HMIPS基(ji)團為前體的(de)(de)(de)十二烷基(ji)苯磺酸(suan)鹽（［HMIPS］SDBS），使之同時具有離子液(ye)(ye)體和(he)(he)表(biao)面活性劑的(de)(de)(de)作用機理，相信會比(bi)單一(yi)添加(jia)劑的(de)(de)(de)促進效(xiao)果(guo)更加(jia)優良。