利用(yong)水合(he)物獨特的(de)(de)物化性(xing)質，如儲氣密度(du)高、生(sheng)(sheng)成(cheng)產生(sheng)(sheng)相(xiang)變且相(xiang)變溫(wen)度(du)高、傳熱系(xi)(xi)數低等，可(ke)以開(kai)發一系(xi)(xi)列高新應用(yong)技(ji)術。水合(he)物的(de)(de)研究(jiu)領(ling)域正在不斷(duan)擴大，已從(cong)最初石油與(yu)天然(ran)氣工業中的(de)(de)水合(he)物形成(cheng)預測與(yu)防治擴展到化工、能源和(he)環(huan)境保(bao)護等領(ling)域。對(dui)水合(he)物的(de)(de)基礎性(xing)研究(jiu)已非常必(bi)要，人們采(cai)用(yong)和(he)提出了各(ge)種不同的(de)(de)方法和(he)措(cuo)施來(lai)增加(jia)水合(he)物儲氣量，降(jiang)低相(xiang)平衡點(dian)，縮短誘導時(shi)間(jian)，加(jia)速水合(he)物的(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)。通過實驗(yan)添加(jia)新型(xing)添加(jia)劑降(jiang)低水合(he)物溶(rong)液(ye)的(de)(de)表面張力，從(cong)而降(jiang)低水合(he)物的(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)條件(jian)，促進(jin)水合(he)物的(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)，對(dui)實驗(yan)結果進(jin)行了分析總結。

1、實驗(yan)裝置與(yu)實驗(yan)方法

實驗裝置采用芬蘭Kibron生產的QBZY-1型全自動表面張力儀，此表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)儀采用Wilhelmy盤法(fa)測(ce)定溶液表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)。當感測(ce)鉑(bo)板浸(jin)入(ru)被測(ce)液體(ti)后(hou)，鉑(bo)板周圍受到表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)作(zuo)用，液體(ti)的(de)(de)表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)將鉑(bo)板往下拉(la)。當液體(ti)表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)及其(qi)它相關力(li)(li)(li)(li)與平(ping)衡(heng)力(li)(li)(li)(li)達到均衡(heng)時，感測(ce)鉑(bo)板停止向液體(ti)內部浸(jin)入(ru)，此時儀器的(de)(de)平(ping)衡(heng)感應(ying)器將測(ce)量浸(jin)入(ru)液體(ti)的(de)(de)深度，并將其(qi)轉化為液體(ti)的(de)(de)表面(mian)(mian)張力(li)(li)(li)(li)值。

圖1為表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)儀工(gong)作系(xi)(xi)統(tong)示(shi)意(yi)圖。硬件方(fang)(fang)面(mian)(mian)主要(yao)包括樣品臺、升降系(xi)(xi)統(tong)、數字(zi)化測力(li)系(xi)(xi)統(tong)和(he)微(wei)處理器(qi)。軟件方(fang)(fang)面(mian)(mian)由控(kong)制、分析專用軟件經(jing)過(guo)微(wei)處理器(qi)的一系(xi)(xi)列運(yun)算，將檢測到的微(wei)力(li)轉化成(cheng)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)值(zhi)。由LCD數字(zi)顯示(shi)屏實時輸(shu)出表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)值(zhi)，如果需(xu)要(yao)，可(ke)通過(guo)RS232接口連(lian)接打印機，打印數據或(huo)經(jing)計算機采集相應數據。該裝(zhuang)置結(jie)構簡(jian)單，操作簡(jian)便，準(zhun)確性(xing)高。

圖1表面張力儀系統(tong)示意圖

2、實驗(yan)結果及分析

2.1濃度(du)對表面張力的影響

圖2為3、5、7、10、12℃下，陰離子表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑CTAB溶(rong)液(ye)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)隨濃(nong)度(du)變(bian)(bian)化示(shi)意圖。由圖2可知，CTAB是比較優(you)良的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑，在(zai)低(di)(di)濃(nong)度(du)下就能夠顯著降低(di)(di)溶(rong)液(ye)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)，在(zai)300 mg/kg-1時表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)達(da)到(dao)最低(di)(di)值(zhi)，之后隨濃(nong)度(du)增(zeng)大，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)變(bian)(bian)化不大，因此CTAB的(de)臨界(jie)膠(jiao)束濃(nong)度(du)CMC即(ji)在(zai)此濃(nong)度(du)范(fan)圍(wei)(wei)附(fu)近(jin)。在(zai)所測溫度(du)范(fan)圍(wei)(wei)內，當CTAB溶(rong)液(ye)達(da)到(dao)CMC以后，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)值(zhi)在(zai)14.5～23.5 mN/m之間。隨溫度(du)變(bian)(bian)化，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)值(zhi)相差較大。

圖(tu)2不同溫度(du)下CTAB溶(rong)液(ye)表面張力隨濃度(du)的變化(hua)

圖(tu)3為3、5、7、10、12℃下(xia)，非離子型(xing)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑P123溶液的表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力隨濃(nong)(nong)度(du)(du)變(bian)化(hua)(hua)示意圖(tu)。由圖(tu)3可知，P123在(zai)低濃(nong)(nong)度(du)(du)下(xia)就能夠顯(xian)著降(jiang)低溶液表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力，在(zai)400 mg/kg時表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力達到(dao)最低值(zhi)，之后隨濃(nong)(nong)度(du)(du)增大(da)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力變(bian)化(hua)(hua)不大(da)，因此CTAB的臨界膠束濃(nong)(nong)度(du)(du)CMC即在(zai)此濃(nong)(nong)度(du)(du)范圍附近。在(zai)所測溫(wen)度(du)(du)范圍內，當(dang)P123溶液達到(dao)CMC以后，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力值(zhi)在(zai)40.5～45.5 mN/m之間(jian)。隨溫(wen)度(du)(du)變(bian)化(hua)(hua)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力值(zhi)相差(cha)較大(da)。

圖(tu)(tu)4為3、5、7、10、12℃下(xia)，本實驗(yan)自行合成的離(li)子(zi)液(ye)體［HMIPS］Ss溶(rong)液(ye)的表(biao)面張(zhang)(zhang)力隨(sui)濃度(du)變(bian)化(hua)(hua)示意圖(tu)(tu)。由圖(tu)(tu)4可知，該離(li)子(zi)液(ye)體溶(rong)液(ye)不(bu)具有(you)明(ming)顯的表(biao)面活性，不(bu)能(neng)顯著(zhu)降低(di)溶(rong)液(ye)表(biao)面張(zhang)(zhang)力。在所測溫(wen)度(du)范(fan)圍內，表(biao)面張(zhang)(zhang)力值在73.6～74.8 mN/m之(zhi)間。隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)(hua)，表(biao)面張(zhang)(zhang)力值相差很小(xiao)。

圖3不同溫(wen)度下P123溶液表面張力隨(sui)濃度的變(bian)化

圖4不同溫度(du)下(xia)［HMIPS］Ss溶(rong)液表(biao)面張(zhang)力隨濃度(du)的變化

2.2溫度對表面張力(li)的影響

圖5不同濃(nong)度的(de)CTAB溶(rong)液表面張力(li)隨溫度的(de)變化

圖5為(wei)100、200、300、500、700、900 mg/kg濃(nong)度(du)(du)下，陰離子表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性劑CTAB溶液(ye)(ye)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力隨溫度(du)(du)變化示(shi)意圖。由圖5可知，300 mg/kg溶液(ye)(ye)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力曲(qu)線(xian)(xian)最低(di)，說明(ming)該(gai)濃(nong)度(du)(du)的溶液(ye)(ye)表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性最強。在所測溫度(du)(du)范圍內，隨溫度(du)(du)升高表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力變化較大，整體上表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力曲(qu)線(xian)(xian)呈波(bo)浪狀，出(chu)(chu)(chu)現(xian)拐(guai)點。6條曲(qu)線(xian)(xian)在3℃時(shi)(shi)均出(chu)(chu)(chu)現(xian)最低(di)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力值，在5℃附近(jin)均出(chu)(chu)(chu)現(xian)波(bo)峰；100、500和(he)900 mg/kg溶液(ye)(ye)在7℃附近(jin)時(shi)(shi)出(chu)(chu)(chu)現(xian)波(bo)谷，10℃附近(jin)再次出(chu)(chu)(chu)現(xian)波(bo)峰；200、300和(he)700 mg/kg溶液(ye)(ye)在10℃附近(jin)出(chu)(chu)(chu)現(xian)波(bo)谷。

圖(tu)6為100、200、300、500、700、900 mg/kg濃(nong)度(du)下，非離子(zi)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑P123溶液(ye)(ye)的表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)隨溫(wen)度(du)變化示意圖(tu)。由圖(tu)6可知，隨濃(nong)度(du)增(zeng)大(da)，溶液(ye)(ye)降(jiang)低(di)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的能力(li)(li)逐漸(jian)增(zeng)大(da)，但各個濃(nong)度(du)曲線(xian)差值不(bu)大(da)，900 mg/kg濃(nong)度(du)溶液(ye)(ye)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性最(zui)強。在所測溫(wen)度(du)范圍內，整體上表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)曲線(xian)幾乎呈直(zhi)線(xian)狀，遵循隨溫(wen)度(du)升高(gao)而表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)降(jiang)低(di)的一(yi)般(ban)規律，斜率幾乎不(bu)變，未(wei)出現(xian)拐點，且相(xiang)差較大(da)，同一(yi)條曲線(xian)3℃和12℃表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)值相(xiang)差4.2～4.6 mN/m。

圖6不同濃度(du)的(de)P123溶(rong)液表(biao)面(mian)張(zhang)力隨溫度(du)的(de)變化

圖(tu)7為(wei)100、300、500、700、900、1 200 mg/kg濃(nong)(nong)度(du)下，本實驗自行合成的離子液(ye)體(ti)［HMIPS］Ss溶(rong)液(ye)的表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)隨溫度(du)變化示意圖(tu)。在(zai)低溫區間內300 mg/kg溶(rong)液(ye)的表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)曲線(xian)最低，說明該濃(nong)(nong)度(du)的溶(rong)液(ye)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性(xing)最強(qiang)。在(zai)所測溫度(du)范圍內，整(zheng)體(ti)上表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)曲線(xian)遵循隨溫度(du)升高而表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)降(jiang)低的一般規律，但相差不大(da)，同一條曲線(xian)3℃和12℃表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)值相差0.9～1.1 mN/m。

比較以上實驗結果發(fa)現，其(qi)(qi)中降(jiang)低水(shui)合物溶(rong)液表(biao)面(mian)(mian)張力效(xiao)果最好的(de)為(wei)300 mg/kg CTAB，然后依(yi)次(ci)為(wei)500 mg/kg P123、300 mg/kg［HMIPS］Ss。對(dui)于(yu)同一種添加劑，其(qi)(qi)降(jiang)低溶(rong)液表(biao)面(mian)(mian)張力的(de)能(neng)力受到濃(nong)度(du)(du)(du)以及溫度(du)(du)(du)的(de)影響，而其(qi)(qi)溶(rong)液降(jiang)低水(shui)合物生成相平(ping)衡(heng)條件的(de)最佳濃(nong)度(du)(du)(du)與(yu)同一溫度(du)(du)(du)區間內(nei)降(jiang)低自身表(biao)面(mian)(mian)張力效(xiao)果最顯(xian)著的(de)濃(nong)度(du)(du)(du)相一致，即一種促進劑溶(rong)液，在(zai)某濃(nong)度(du)(du)(du)及溫度(du)(du)(du)下表(biao)面(mian)(mian)張力愈(yu)小，降(jiang)低水(shui)合物生成條件愈(yu)顯(xian)著。

圖7不(bu)同濃度(du)的［HMIPS］Ss溶液表面張力隨溫(wen)度(du)的變化

3、結論

水(shui)(shui)(shui)合物(wu)促(cu)(cu)進技術(shu)(shu)的(de)(de)研究目(mu)前尚未深入，重點在于新(xin)(xin)型添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)(de)開發，通過研究CTAB、P123、［HMIPS］Ss這幾種新(xin)(xin)型添(tian)加(jia)劑(ji)在不(bu)同(tong)(tong)濃度和溫度下對水(shui)(shui)(shui)合物(wu)溶(rong)液表(biao)(biao)面張力(li)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，找到改善水(shui)(shui)(shui)合物(wu)生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)條(tiao)件的(de)(de)辦法，即降(jiang)低溶(rong)液表(biao)(biao)面張力(li)從而降(jiang)低水(shui)(shui)(shui)合物(wu)的(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)條(tiao)件，為今后水(shui)(shui)(shui)合物(wu)促(cu)(cu)進技術(shu)(shu)的(de)(de)研究提(ti)供了理論(lun)和數據支持。另外，應該了解化學添(tian)加(jia)劑(ji)特殊的(de)(de)分子結構(gou)對水(shui)(shui)(shui)合物(wu)生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，有針對性地合成(cheng)(cheng)(cheng)新(xin)(xin)型的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)合物(wu)生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)促(cu)(cu)進劑(ji)。例如合成(cheng)(cheng)(cheng)以HMIPS基團(tuan)為前體的(de)(de)十二(er)烷基苯磺酸鹽（［HMIPS］SDBS），使之同(tong)(tong)時(shi)具有離子液體和表(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)的(de)(de)作用機理，相信會比(bi)單一添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)(de)促(cu)(cu)進效果更加(jia)優良。