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影響表面活性劑泡沫封堵性能的原因有哪些

來源:高校化學工程學報 瀏覽 1165 次 發布時間:2023-09-19

為了進一步揭示影響泡沫封堵性能的根本原因,首先通過泡沫驅替實驗研究了溫度對泡沫封堵性能的影響,然后利用界面流變儀分析了界面參數隨溫度的變化,在此基礎上,建立起泡沫封堵性能與界面性質之間的聯系,考察界面性質對泡沫封堵性能的影響。


結果表明:當溫度由20℃升高到80℃時,泡沫封堵能力先增后減,40℃時達到最大,80℃時阻力因子減小80%以上,有效倍數降低至40℃時的六分之一。相同溫度變化范圍內,平衡界面張力先減后增,40℃時界面張力最小為28.6 mN×m-1,而擴張模量和界面彈性模量先增后減,界面黏性模量則逐漸減小,40℃時工作頻率0.1 Hz對應的最大擴張模量、界面彈性模量和界面黏性模量分別為9.24、8.74、2.97 mN×m-1。界面流變性表征了泡沫液膜性質,封堵性能好的泡沫應同時具有一定的高黏度和良好的彈性,界面彈性模量和界面黏性模量共同影響泡沫封堵性能;界面張力與泡沫封堵性能呈負相關關系,界面張力越小,越有利于泡沫再生,并對應越大界面模量,因而泡沫封堵性能越好。


泡沫界面性質測量


當形成氣-液界面后,表面活性劑分子在界面上吸附并達到動態平衡,降低界面張力,有利于界面穩定。當界面受到外力擾動時,由于表面活性劑的存在,界面張力發生局部變化,使界面和體相間發生表面活性劑分子遷移、交換等弛豫過程,從而產生了界面彈性和黏性響應[10,11]。界面擴張模量(mN×m-1)定義為表面張力與界面面積相對變化的比值:


如果界面受到的擾動為正弦周期振蕩時,擴張模量可表示為:


界面性質測量采用法國Teclis公司生產的全自動界面流變儀,當測量范圍大于5 mN×m-1時,精度可達0.001 mN×m-1。測量步驟為:(1)向樣品池中倒入起泡劑溶液,將吸入氣體的注射器安裝固定,調整各部分位置使形成清晰的測量圖像;(2)待設定溫度穩定后,開動馬達,通過注射器向溶液中鼓氣泡;(3)首先測量氣泡的界面張力,待界面張力基本穩定后,添加不同頻率的正弦振蕩,測量界面模量;(5)調整溫度,重復步驟(1)~(4)。


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