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離子組成、pH值對納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的影響（二）
來源：油田化學(xué) 瀏覽 430 次 發(fā)布時間:2025-08-28
2結(jié)果與討論
2.1納米SiO2/SDS分散體系的穩(wěn)定性
2.1.1 SiO2的含量、離子組成對SiO2/SDS體系穩(wěn)定性的影響
利用沉降法和濁度法分析分別用NaCl鹽水、模擬地層水配制的不同納米SiO2含量的納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性，濁度法測試結(jié)果如圖1所示。用NaCl鹽水配制的SiO2/SDS體系在靜置15 d時，僅納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的體系出現(xiàn)了輕微的渾濁，而其它體系均保持澄清透明；當(dāng)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時，SiO2/SDS體系的濁度隨靜置時間的延長稍有增大，其它體系的濁度幾乎不隨靜置時間的延長而變化，且均小于15 NTU。由此可見，用NaCl鹽水配制的納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性良好。
圖1納米SiO2/SDS體系的濁度隨時間的變化（SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%）
用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系經(jīng)歷了澄清透明-渾濁-沉降的3個階段，靜置初始，納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的體系的濁度不隨時間的延長而變化，表明此時體系穩(wěn)定；靜置1 h后，濁度明顯增加；靜置6 h后，體系的濁度又恢復(fù)到了初始值，由于實驗測試的是樣品上半部分的濁度，說明此時體系已經(jīng)完全沉降。
分別利用沉降法和濁度法得到了用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系出現(xiàn)渾濁和沉淀的時間，結(jié)果見表1。兩種實驗方法得到的結(jié)果基本一致，因此接下來直接用沉降法來分析pH值對納米SiO2/SDS體系穩(wěn)定性的影響。從表1可以看出，納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，體系的穩(wěn)定性越差。同時，對比NaCl鹽水和模擬地層水中納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SiO2含量相同時，模擬地層水體系的穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于NaCl鹽水體系的。
表1模擬地層水中納米SiO2/SDS體系出現(xiàn)渾濁、沉淀的時間（SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%）
DLVO理論認(rèn)為影響膠體穩(wěn)定性的主要因素是膠體顆粒之間的范德華吸引力和靜電排斥力，而Zeta電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量。當(dāng)Zeta電位的絕對值（|ζ|）大于30 mV時，膠體分散體系有較好的穩(wěn)定性，而當(dāng)Zeta電位在-30和+30 mV之間時，體系是不穩(wěn)定的。
圖2給出了分別用模擬地層水和NaCl鹽水配制的不同納米SiO2含量的納米SiO2/SDS體系的Zeta電位。當(dāng)納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%和1.0%時，用NaCl鹽水配制的納米SiO2/SDS體系的|ζ|均大于30 mV，因而表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性；而當(dāng)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時，體系的|ζ|略低于30 mV，因此納米SiO2/SDS體系在靜置15 d后才出現(xiàn)輕微的混濁。用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系的|ζ|均明顯小于30 mV，說明體系的穩(wěn)定性差，靜置幾小時即出現(xiàn)了渾濁和沉淀。納米SiO2帶負(fù)電，金屬陽離子Ca2+，Mg2+和Na+等的存在會壓縮納米SiO2的雙電層，由于Ca2+，Mg2+離子的價數(shù)高，壓縮雙電層的能力強(qiáng)，導(dǎo)致體系的|ζ|降低，穩(wěn)定性變差，由此可見，要使納米SiO2/SDS分散體系具有良好的穩(wěn)定性，應(yīng)減少體系中二價Ca2+、Mg2+的含量。
從圖2還可以看出，隨著納米SiO2含量的增加，用兩種鹽水配制體系的|ζ|均不斷降低，且納米SiO2的含量越大，顆粒之間的距離越小，由于布朗運(yùn)動相互碰撞聚結(jié)在一起的機(jī)率就越大，因此體系的穩(wěn)定性越差。
圖2納米SiO2/SDS體系的Zeta電位
2.1.2 pH值對納米SiO2/SDS分散體系穩(wěn)定性的影響
為了解決模擬地層水中納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性問題，研究了pH值對體系穩(wěn)定性的影響。未調(diào)節(jié)pH值前，模擬地層水體系的pH值均在8.5左右，此時體系穩(wěn)定性較差，所以考慮通過添加少量鹽酸降低pH值來提高體系的穩(wěn)定性。本文分別研究了納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%、1.0%和1.5%時，在不同pH值下的SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性。當(dāng)納米SiO2/SDS體系的pH值3.5時，體系靜置15 d仍呈現(xiàn)出澄清或輕微渾濁的狀態(tài)，具有較好的穩(wěn)定性；且總體上來說，pH值越低，體系的穩(wěn)定性越強(qiáng)。
以納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時的體系為研究對象，分析了不同pH值時體系的Zeta電位，結(jié)果見圖3。隨著pH值的降低，納米SiO2/SDS體系的|ζ|減小且明顯小于30 mV，但是穩(wěn)定性卻得到了明顯改善。該實驗現(xiàn)象與傳統(tǒng)的DLVO理論產(chǎn)生了明顯的矛盾，這是因為DLVO理論沒有考慮到短程排斥力的存在。水溶液中顆粒表面形成具有一定彈性的水化膜，當(dāng)兩個顆粒靠近時，顆粒表面的水化膜在靠近重疊時產(chǎn)生一種短程的非DLVO作用力使兩個顆粒被彈開，該作用力稱為水化作用力。
圖3在不同pH值下納米SiO2/SDS體系的Zeta電位