超低張力體系油水界面層分子組裝規律及微觀機理研究

《超低張力體系油水界面層分子組裝規律及微觀機理研究》是依託山東大學，由李英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超低張力體系油水界面層分子組裝規律及微觀機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李英
• 依託單位：山東大學

中文摘要

超低界面張力體系在三次採油、洗滌、農藥、納米材料合成等重要領域具有巨大套用潛力，但產生超低張力現象的微觀機制仍不清晰，體系的設計缺乏理論指導，套用受到極大制約。現已發現的超低界面張力體系相態變化複雜、適用條件苛刻，特別是與油相組成嚴重相關，而實際過程中油相組成往往多變，是影響其套用的極大缺限。本項目擬採用耗散顆粒動力學和分子動力學模擬方法，結合界面張力、界面流變、雷射二次諧波和拉曼光譜等實驗技術，研究超低界面張力體系油水界面層組成、分子構象、排布規律及相互作用，揭示產生超低界面張力的微觀機理,確定超低界面張力體系油水界面層的微觀結構特徵和分子組裝規律；並探索根據最佳化的界面組成，在體相中預組裝為膠束(或微乳液)後靶向吸附在油水界面原位組裝界面層產生超低界面張力的技術路線，通過降低界面層組成對油相的依賴取得油相適應性，創新界面分子工程理論，填補國內外空白，引領三采化學驅油體系的設計和套用方向。

結題摘要

近年來超低界面張力體系在三次採油方面的重要性持續增長，具有超低界面張力的表活劑/聚合物二元複合驅和低張力泡沫驅被認為是最具技術優勢和套用前景的強化採油技術，同時其在洗滌、農藥、醫藥、納米材料合成等領域的創新套用的優良效果也逐漸被揭示，為這些領域的發展提供了生命力和新機遇。由於超低界面張力現象涉及到微小尺度的界面上分子水平的信息，受研究手段的限制，對於超低界面張力體系界面分子行為規律的微觀認識缺乏，使得微觀機理不夠清晰，不僅體系的設計缺乏依據和指導，而且一些制約實際套用效果的問題一直無法解決。比如油相適應性是影回響用效果的致命缺限，復配表活劑的色譜分離對現有超低界面張力體系的實際套用造成極大困擾。 本項目採用耗散顆粒動力學和分子動力學模擬方法研究了多個單一和復配表面活性劑體系在氣/液和油/水界面的分子行為，系統考察了界面層內所有分子的行為和分布信息，並採用二次諧波、全內反射紅外光譜、界面流變等先進實驗手段探測表面活性劑的界面行為和界面層性質的變化。模擬和實驗結果相結合，分析表面活性劑的界面行為和排布規律，並結合界面生成能的計算和界面張力的測定，揭示了超低界面張力體系的關鍵界面組裝規律。研究發現，表面活性劑在界面層內高度緻密排列的體系，油相和水相被最大程度地隔開，體系的界面生成能的顯著降低，是確保體系產生超低界面張力的關鍵機制。基於此，不僅將超低界面張力相關的理論研究推進到微觀水平，具有重要的理論意義。更重要的是，由此明確了克服超低張力體系油相適應性和復配表面活性劑色譜分離這些難題的的技術途徑。基於前述界面組裝規律和理論機制，以界面生成能為核心參數確定體系的最優組成和表面活性劑最佳配比，以特定步驟組裝而成的膠束或微乳液，不僅可徹底避免色譜分離，油相適應性增強，而且在極低的濃度下即可將界面張力降至10-4mN.m-1以下。研究揭示的超低張力體系界面分子組裝規律還將表面活性劑的油水界面活性和泡沫性能統一了起來，為低張力泡沫體系的設計明確了方向。本項目所研究的基於綠色表面活性劑的環境友好低張力泡沫體系，在三次採油以及環境污染治理方面均具有重要套用前景。本項目還研究了無機鹽、表面活性劑副產物、聚合物等對表面活性劑分子的體相和界面組裝行為的影響規律和機制，取得的理論認識對超低界面張力體系在相關領域的套用有重要的指導作用。