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不同溫度和壓力對(duì)AOT穩(wěn)定CO2乳液的界面張力影響(二)
來(lái)源:中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 瀏覽 646 次 發(fā)布時(shí)間:2025-02-06
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
2.1體系界面流變性
2.1.1 CO2乳液體系界面張力實(shí)驗(yàn)
表面活性劑水溶液的密度與純水體系相近,其密度根據(jù)飽和水蒸氣溫度-壓力-密度-熱力學(xué)參數(shù)對(duì)照表確定,CO2密度與壓力溫度的關(guān)系見(jiàn)圖3。
圖3不同溫度下CO2壓力隨溫度的變化
表面活性劑水溶液液滴在CO2中的形狀隨溫度變化較小,隨壓力變化關(guān)系見(jiàn)圖4。
圖4液滴形狀隨壓力的變化
懸滴法測(cè)定液體的表面和界面張力原理見(jiàn)圖5。其中,de為懸滴最大直徑;d10為離頂點(diǎn)距離為de處懸滴截面直徑。
(1)
式中,b為懸滴底端(軸x)的曲率半徑;R為懸滴輪廓上一點(diǎn)p(x,z)在紙平面上的主曲率半徑;φ為輪廓線上p(x,z)點(diǎn)處的切線與x軸的夾角;β為體系的Bond number,稱(chēng)為液滴的形狀因子,因?yàn)樗闹抵苯記Q定了液滴的形狀。
(2)
γ=Δρgα2.
(3)
式中,Δρ為液滴相與周?chē)嘀g的密度差;g為重力加速度;γ為表面/界面張力;α為體系的毛細(xì)管常數(shù)。
一個(gè)懸滴在達(dá)到靜力(界面張力對(duì)重力)平衡時(shí),其輪廓可通過(guò)懸滴底端的曲率半徑b和液滴的形狀因子β來(lái)確定。TRACKER-H型界面流變儀就是利用該原理對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算處理得出界面相關(guān)參數(shù)。
(1)壓力對(duì)界面張力的影響。壓力對(duì)界面張力的影響見(jiàn)圖6??梢钥闯?,CO2-AOT體系的界面張力隨著壓力的升高逐漸降低,約在8 MPa時(shí)體系界面張力開(kāi)始達(dá)到最低,之后壓力繼續(xù)升高,體系界面張力趨于穩(wěn)定。原因在于壓力的升高會(huì)導(dǎo)致CO2-AOT兩相的密度差減小,有利于體系界面張力的降低;同時(shí)高壓使得AOT在CO2中的溶解度增加,使得CO2在兩相界面上吸引更多的表面活性劑分子,有利于表面活性劑降低界面張力。當(dāng)壓力增加到8 MPa時(shí),此時(shí)壓力繼續(xù)增加,兩相的密度差和CO2的溶解度系數(shù)均增加緩慢,導(dǎo)致界面張力趨于穩(wěn)定。
圖5懸點(diǎn)法測(cè)定界面張力示意圖
圖6不同溫度下壓力對(duì)平衡界面張力的影響
(2)溫度對(duì)界面張力的影響。溫度對(duì)界面張力的影響見(jiàn)圖6。可以看出,當(dāng)體系壓力一定,體系界面張力隨著溫度的升高而增大,說(shuō)明溫度的升高不利于體系界面張力的降低。原因在于CO2乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,隨著溫度的升高,CO2本身的溶解度系數(shù)和密度均有所降低,分子熱運(yùn)動(dòng)的加劇也不利于界面上AOT分子的吸附,導(dǎo)致界面處的AOT分子數(shù)目降低,最終導(dǎo)致體系界面張力升高。
2.1.2 CO2乳液體系界面黏彈性實(shí)驗(yàn)
乳液的穩(wěn)定性很大程度上取決于界面膜的性質(zhì),而界面黏彈性是表征界面膜機(jī)械強(qiáng)度的重要參數(shù),通常用界面擴(kuò)張模量(ε)表征界面黏彈性的強(qiáng)弱,定義為界面張力變化與相對(duì)界面面積變化的比值,即
ε=dγ/dlnA(4)
式中,γ為界面張力;A為界面面積。
(1)壓力對(duì)界面黏彈性的影響。壓力對(duì)CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量的影響見(jiàn)圖7。界面的擴(kuò)張模量與實(shí)驗(yàn)的振蕩頻率有關(guān),實(shí)驗(yàn)選取0.1 Hz為振蕩頻率,振蕩頻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變,排出振蕩頻率的影響??梢钥闯?,CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量隨著壓力的增加而增大,當(dāng)壓力升高至8 MPa后體系的擴(kuò)張模量趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)閴毫Φ脑黾訒?huì)導(dǎo)致CO2-AOT界面處的黏度增加,流體變稠,界面面積的變化需要更大的力;同時(shí)壓力升高導(dǎo)致CO2的密度增加,范德華力增加,對(duì)界面處的AOT分子有更大的吸引力,使得AOT分子在界面處更緊密的排列,使得界面黏彈性大大增加,但是壓力升高至8 MPa后,壓力的升高使流體變稠的能力減弱,擴(kuò)張模量趨于穩(wěn)定。
圖7不同溫度下擴(kuò)張模量隨壓力的變化關(guān)系
(2)溫度對(duì)界面黏彈性的影響。從圖7也可得出溫度對(duì)CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量的影響規(guī)律。CO2-AOT水溶液體系的擴(kuò)張模量隨著溫度的升高逐漸降低,說(shuō)明升高溫度對(duì)體系界面黏彈性具有不利影響。其機(jī)制在于溫度升高使得CO2對(duì)界面處AOT分子的吸引力減弱,不利于AOT分子在界面處的排列,也不利于AOT分子在界面處的吸附,從而導(dǎo)致界面擴(kuò)張模量降低,界面膜的強(qiáng)度下降。