美国分散技术公司（DT）建立电声法测定多孔材料吸附表面活性剂的新方法

2018.7.30

作者仪思奇

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在近一期的《胶体与界面科学杂志》上公布了世界胶体科学家、美国分散技术公司（DT）CEO Andrei Dukhin博士新的研究成果：用电导率测定多孔材料对非极性液体中的表面活性剂的吸附特性（见Journal of Colloid and Interface Science 531 (2018) 523–532），宣告了一种新的多孔材料吸附测定方法的诞生！

长期以来，多孔材料的吸附研究都局限于气体吸附，而对液体吸附的研究，尤其是定量吸附研究鲜有报道。美国DT公司的杜坎博士（Dr. Dukhin）团队经过13年的艰苦探索，建立起了一种的简单方法，用以研究油中的表面活性剂吸附到多孔材料中。

他们假设，表面活性剂在非极性液体中引起电离，使这种液体可导电，其电导率是表面活性剂浓度的线性函数。因此，电导率的测量可以用作监测表面活性剂浓度的工具。

他们提出了一个该吸附过程初始阶段的简单理论模型，测试其预测实验。实验数据证实了所有理论预测的趋势，包括定性和定量。该方法可用于认识在采油过程中表面活性剂在岩层中的行为，优化表面活性剂浓度和分析化学组成。

表面活性剂广泛应用于提高原油采收率。它们可以改变岩层的润湿性，使它们从被油浸润变为被水浸润，利用油/水重力排水使油的置换成为可能。该方法的建立不仅能使我们根据其组成为特定的岩石地层选择合适的表面活性剂，而且还可以选择理想的表面活性剂浓度。

该方法的意义在于用成本较低的非水电导率随时间的衰减速率即可判断在油中多孔材料（如岩层）对表面活性剂的吸附浓度和吸附平衡。模型实验仅需要依靠DT-330多功能电声谱分析仪测定多孔材料的孔隙率，平均粒径和非水电导率，甚至仅需要DT-700非水电导率测定仪（如果其它参数已知）即可。

在甲苯-Span 20混合液中加入2% （重量）的多孔硅胶后电导率随时间的变化。

在电导率达到平衡后，再添加两次SPAN 20到混合液中（每次各1 g）。
在该饱和阶段加入表面活性剂会导致电导率急剧增加，电导率的第二台阶缓慢下降。第二次饱和电平超过次饱和电平。这反映了孔道逐渐充满表面活性剂的过程。
第三次添加表面活性剂仅导致电导率非常小的增加，因为孔道显然已经几乎被表面活性剂SPAN 20填满。
理论和实验均已证明：在所述吸附过程的早期阶段，归一化电导率的对数是时间的线性函数；电导率这种随时间线性下降的速率与多孔材料的颗粒大小成反比；与颗粒的孔隙率成正比；与颗粒的体积分数成正比；与孔径无关。
在2005年，通过探索非离子表面活性剂对非极性液体的电离，Dukin和Goetz开始了这项研究。Parlia 和 Dukhin继续这项工作，并发表了几篇关于非极性液体电化学的论文。此外，他们还发现，其他既亲水又亲油的两亲物质如醇，也能诱导非极性液体的电离。他们已经扩展了这项工作，包括用离子化非极性液体饱和多孔材料，并开发了一个理论模型，以更好地研究这种系统。
该方法的建立为我国石油工业的第三次采用工艺的优化提供了一个简便易行的解决方案。