3.結(jié)果與討論

3.1.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面張力

界面張力的大小是評(píng)價(jià)乳狀液穩(wěn)定性的指標(biāo)之一，油水界面張力越小，乳狀液越穩(wěn)定。測定了不同質(zhì)量濃度(0～100 mg/L)瀝青質(zhì)模擬油和模擬水之間的界面張力。圖1為不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面張力隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。可以看出，隨著瀝青質(zhì)在模擬油中質(zhì)量濃度的增加，體系界面張力由46 mN/m逐漸降低到28 mN/m。降低界面張力的能力隨瀝青質(zhì)在模擬油中質(zhì)量濃度的增加而增強(qiáng)。與不含瀝青質(zhì)的二甲苯–煤油溶液相比，瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度低于5 mg/L的體系界面張力降低較小，這是由于瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度較低，在油水界面上的吸附量較少，從而使油水界面張力降低程度較小。瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度大于5 mg/L時(shí)，油水界面張力明顯降低，即瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度越高時(shí)，吸附到界面處的界面活性組分越高，體系界面張力越低。界面張力測定的結(jié)果表明，油相中瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度的增加有助于油水乳狀液體系的穩(wěn)定。

圖1.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面張力

3.2.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油-模擬水體系界面剪切黏度

界面剪切黏度的大小取決于油水界面是否有穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)形成，以及成膜分子排列的緊密程度和成膜分子間相互作用力的大小。界面剪切黏度的大小可以反映油水界面膜的強(qiáng)度大小，界面剪切黏度越高，原油乳狀液越穩(wěn)定。

試驗(yàn)測定了不同質(zhì)量濃度(1～100 mg/L)瀝青質(zhì)溶液與模擬水之間的界面剪切黏度。瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示。隨著瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度的增加，界面剪切黏度表現(xiàn)出先增加而后減小的趨勢。即瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為1～5 mg/L時(shí)，隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，油水界面剪切黏度增大；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為5～100 mg/L時(shí)，隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度的增加，油水界面剪切黏度降低；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為5 mg/L時(shí)界面剪切黏度最大。瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為30、50、100 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度均隨時(shí)間的延長而增加，并且這3種質(zhì)量濃度下油水界面剪切黏度相差不大，3條曲線近似重合。當(dāng)瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度大于1 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨時(shí)間的延長而增加，在試驗(yàn)測定的時(shí)間內(nèi)未達(dá)到平衡；當(dāng)瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)，在同樣的轉(zhuǎn)速下界面剪切黏度最小，但是很快達(dá)到平衡。

因此，低質(zhì)量濃度體系(1～5 mg/L)和較高質(zhì)量濃度體系(10～100 mg/L)瀝青質(zhì)溶液與模擬水間的界面剪切黏度變化規(guī)律不同，這與其在溶液及界面上的存在形態(tài)不同有關(guān)。當(dāng)瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度很快達(dá)到平衡，這說明瀝青質(zhì)中活性組分很快在油水界面處達(dá)到吸附平衡；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度繼續(xù)增加到3 mg/L和5 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨剪切時(shí)間延長而增大，但一直難以平衡到某一固定值，這說明瀝青質(zhì)中活性組分一直在油水界面處吸附并參與界面膜的形成；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于1～5 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而增加，形成界面膜強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于10～30 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而減小，這是由于瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加到一定程度時(shí)，分子間形成締合現(xiàn)象，參與形成界面膜的活性組分減少，界面剪切黏度減小，界面膜強(qiáng)度減小；當(dāng)瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于30～100 mg/L時(shí)，隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，油水界面剪切黏度變化不大，這是由于此時(shí)瀝青質(zhì)溶液中分子間締合達(dá)到飽和，有足夠的瀝青質(zhì)分子參與界面膜的形成，構(gòu)成了穩(wěn)定的界面膜。

圖2.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度

3.3.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油體系粒徑分布

采用納米粒度分析儀測定了不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)在二甲苯–煤油體系中的粒徑分布形態(tài)，測定出的粒徑分布如圖3(a)和圖3(b)所示。由圖3(a)可以看出，瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度為1、3、5、10 mg/L時(shí)，瀝青質(zhì)粒徑分布為單峰形式，且強(qiáng)度較大，說明在對應(yīng)質(zhì)量濃度下瀝青質(zhì)溶液中的分子粒徑主要集中在對應(yīng)的峰值范圍內(nèi)，瀝青質(zhì)粒徑分布均一，此時(shí)吸附在油水界面上的瀝青質(zhì)分子的排列方式為有序排列。瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度較低(1 mg/L和3 mg/L)時(shí)，油水界面上吸附的瀝青質(zhì)分子少，瀝青質(zhì)分子在油水界面上排列疏松，界面膜強(qiáng)度低，界面剪切黏度較小；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加到5、10 mg/L時(shí)，吸附到油水界面上的瀝青質(zhì)分子增加，瀝青質(zhì)分子在油水界面上排列致密，形成的界面膜強(qiáng)度增加，界面剪切黏度也較高。由圖3(b)可以看出，瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度大于10 mg/L時(shí)，瀝青質(zhì)粒徑分布為雙峰形式，且瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度越高，瀝青質(zhì)粒徑尺寸越大，粒徑分布范圍越寬。這是由于瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加時(shí)，瀝青質(zhì)分子締合成由一定數(shù)量的類似于膠束顆粒的締合體，瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度越大，締合體尺寸也越大，締合體在界面上的吸附排列不如質(zhì)量濃度為5 mg/L時(shí)有序緊密，因此其界面剪切黏度低于質(zhì)量濃度為5 mg/L瀝青質(zhì)溶液與模擬水間的界面剪切黏度。而且隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，締合體尺寸變大，締合體在界面上的排列不緊密，導(dǎo)致油水界面剪切黏度降低。當(dāng)瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度大到一定程度(大于20 mg/L)時(shí)，瀝青質(zhì)在油水界面處的吸附達(dá)到飽和，隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，油水界面剪切黏度變化較小，即質(zhì)量濃度為30、50、100 mg/L的瀝青質(zhì)模擬油與模擬水間的界面剪切黏度隨測定時(shí)間的延長其增加的趨勢相一致。粒徑分布測定出的結(jié)果能很好地解釋界面剪切黏度的試驗(yàn)現(xiàn)象。

4.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面張力的變化：隨油相中瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，油水界面張力降低。

圖3.不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)溶液粒徑分布圖

2)不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油–模擬水體系界面剪切黏度的變化：油相中瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于1～5 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而增加；油相中瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于10～30 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加而減小；油相中瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度介于30～100 mg/L時(shí)，油水界面剪切黏度隨瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加變化不大。

3)不同質(zhì)量濃度瀝青質(zhì)模擬油體系中，瀝青質(zhì)顆粒的粒徑分布呈現(xiàn)2種分布形態(tài)：瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度低于20 mg/L時(shí)，粒徑分布形態(tài)為單峰，瀝青質(zhì)粒徑分布均一，且瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度增加，瀝青質(zhì)顆粒粒徑增大；瀝青質(zhì)質(zhì)量濃度高于20 mg/L時(shí)，粒徑分布形態(tài)為多峰，且分布范圍變寬，瀝青質(zhì)在油相中呈現(xiàn)分子締合分布狀態(tài)。