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基于界面张力和流变测试研究SiO_2纳米颗粒对各表面活性剂体系性能的影响
来源： 《中国石油大学(华东)》 浏览 541 次 发布时间:2024-08-08
具有特殊物理化学性质的SiO_2纳米颗粒(NPs)为解决传统提高采收率方法所面临的挑战提供了机遇。SiO_2 NPs常常与表面活性剂复配使用，两者之间的相互作用对复配体系性能有着重要影响。这些相互作用与NPs表面的羟基密度紧密相关，羟基密度决定着NPs表面的亲和性。研究人员就表面活性剂与NPs之间的相互作用进行了大量研究，但大部分研究都在稀表面活性剂体系中进行，且仅针对某一类表面活性剂或NPs。
本文以表面活性剂/SiO_2 NPs体系的界面活性和黏弹性为研究对象，通过界面张力和流变测试反映不同表面亲和性SiO_2 NPs对各表面活性剂体系性能的影响，并对其中的影响机制进行了探讨。
首先研究了亲水和疏水SiO_2 NPs对十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、曲拉通X-100(TX-100)界面活性的影响。
结果表明，SDS分子与亲水SiO_2NPs间的静电斥力有助于水相中的SDS分子向油/水界面迁移，提高界面上的表面活性剂分子浓度。在SDS/疏水SiO_2 NPs、DTAB/SiO_2 NPs、TX-100/SiO_2 NPs分散体系中，NPs的加入则会阻碍表面活性剂分子向油/水界面扩散。静电引力、疏水作用、氢键使得大量表面活性剂分子吸附在NPs表面，减小了油/水界面上的表面活性剂分子数量。由吸附所形成的表面活性剂包覆NPs(SCNPs)具有一定两亲性，SCNPs迁移至油/水界面后将降低表面活性剂分子的界面覆盖率，进一步削弱了表面活性剂体系的界面活性。
随后研究了亲水和疏水SiO_2 NPs对十八烷基三甲基溴化铵(STAB)/水杨酸钠(Na Sal)、油酸钠(Na OA)/碳酸钠(Na_2CO_3)蠕虫状胶束(WLMs)溶液黏弹性的影响。
研究结果显示，在STAB/Na Sal体系中，STAB分子通过静电引力和疏水作用吸附在NPs表面形成SCNPs，SCNPs与WLMs发生交联有效提高了体系中WLMs的轮廓长度和网络强度，从而大幅增强溶液的黏弹性。WLMs/疏水NPs体系中更强的疏水作用使得疏水NPs在提升溶液黏弹性方面具有更明显的效果。
对于Na OA/Na_2CO_3体系，静电斥力使得Na OA分子难以吸附到亲水NPs表面，裸露的NPs无法与WLMs发生交联，故疏水NPs能够有效提高体系的黏弹性而亲水NPs几乎不产生影响。