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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(xué)工程學(xué)報(bào) 瀏覽 744 次 發(fā)布時(shí)間:2023-09-19

為了進(jìn)一步揭示影響泡沫封堵性能的根本原因,首先通過泡沫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)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(shù)隨溫度的變化,在此基礎(chǔ)上,建立起泡沫封堵性能與界面性質(zhì)之間的聯(lián)系,考察界面性質(zhì)對泡沫封堵性能的影響。


結(jié)果表明:當(dāng)溫度由20℃升高到80℃時(shí),泡沫封堵能力先增后減,40℃時(shí)達(dá)到最大,80℃時(shí)阻力因子減小80%以上,有效倍數(shù)降低至40℃時(shí)的六分之一。相同溫度變化范圍內(nèi),平衡界面張力先減后增,40℃時(shí)界面張力最小為28.6 mN×m-1,而擴(kuò)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(shí)工作頻率0.1 Hz對應(yīng)的最大擴(kuò)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(zhì),封堵性能好的泡沫應(yīng)同時(shí)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(fù)相關(guān)關(guān)系,界面張力越小,越有利于泡沫再生,并對應(yīng)越大界面模量,因而泡沫封堵性能越好。


泡沫界面性質(zhì)測量


當(dāng)形成氣-液界面后,表面活性劑分子在界面上吸附并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,降低界面張力,有利于界面穩(wěn)定。當(dāng)界面受到外力擾動(dòng)時(shí),由于表面活性劑的存在,界面張力發(fā)生局部變化,使界面和體相間發(fā)生表面活性劑分子遷移、交換等弛豫過程,從而產(chǎn)生了界面彈性和黏性響應(yīng)[10,11]。界面擴(kuò)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(dòng)為正弦周期振蕩時(shí),擴(kuò)張模量可表示為:


界面性質(zhì)測量采用法國Teclis公司生產(chǎn)的全自動(dòng)界面流變儀,當(dāng)測量范圍大于5 mN×m-1時(shí),精度可達(dá)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(diào)整各部分位置使形成清晰的測量圖像;(2)待設(shè)定溫度穩(wěn)定后,開動(dòng)馬達(dá),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(wěn)定后,添加不同頻率的正弦振蕩,測量界面模量;(5)調(diào)整溫度,重復(fù)步驟(1)~(4)。