摘要：通過(guò)對(duì)油類(lèi)物質(zhì)按極性和非極性分類(lèi),研究磁場(chǎng)改性對(duì)油類(lèi)物質(zhì)表面張力的影響。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,非極性烴油的表面張力升高0.3%～4%,并呈現(xiàn)周期性變化;有利于降低油水界面張力,提高非極性烴油在水溶液中的彌散性能;而極性烴油的表面張力則會(huì)有所降低,并與水經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后的結(jié)果相似。將極性和非極性烴油混合后,當(dāng)混合物中極性烴油含量較少時(shí),非極性烴油在混合物中占主導(dǎo)地位,經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后,混合物表面張力升高;然而隨著極性烴油含量的不斷增加,極性烴油逐漸取得主導(dǎo)地位,經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后,混合物表面張力降低。

引言

自1945年用磁化水減少鍋垢形成的專(zhuān)利問(wèn)世以來(lái)，磁場(chǎng)改性技術(shù)被世界各國(guó)所重視并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，由于實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用效果重復(fù)性較差，有時(shí)甚至出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，加之理論研究滯后，20世紀(jì)70年代研究一度陷入低潮。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于磁場(chǎng)改性技術(shù)在理療方面取得顯著的效果，引起了科學(xué)家的重視，隨著各個(gè)領(lǐng)域深入細(xì)致地研究，在20世紀(jì)90年代初，磁場(chǎng)改性技術(shù)開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用于石油注水開(kāi)采和輸運(yùn)中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)于油類(lèi)產(chǎn)品磁場(chǎng)改性的研究工作也隨之展開(kāi)。由于大多數(shù)研究工作都是針對(duì)性的，沒(méi)有總結(jié)出規(guī)律性的結(jié)論，因此，對(duì)磁場(chǎng)改性油類(lèi)產(chǎn)品效果的評(píng)價(jià)也是不盡相同。如有的學(xué)者認(rèn)為，烴油經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，可以提高烴油表面張力，從而降低油水界面，提高烴油在礦漿中的彌散性能；有的學(xué)者則認(rèn)為，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，燃料油的表面張力、閃電和燃點(diǎn)都會(huì)降低，有利于提高液體燃料利用率，并降低對(duì)環(huán)境的污染。

為了解決磁場(chǎng)改性技術(shù)重復(fù)性差和試驗(yàn)結(jié)果差異大的問(wèn)題，作者將油類(lèi)產(chǎn)品按極性和非極性分類(lèi)，并將極性與非極性烴油按比例混合，研究總結(jié)出磁場(chǎng)改性對(duì)油類(lèi)產(chǎn)品表面張力影響的一些規(guī)律。

1、試驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

試驗(yàn)油樣主要為具有非極性的柴油，用于驗(yàn)證的煤焦油具有極性的異氟酸酯。磁化裝置為美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的1-L型等磁力實(shí)驗(yàn)室分離器。

1.2磁場(chǎng)改性過(guò)程

采用流動(dòng)磁場(chǎng)改性法。

磁場(chǎng)改性過(guò)程為首先關(guān)閉送料漏斗的活塞，將100 mL試驗(yàn)油樣加到送料漏斗中，調(diào)節(jié)電流控制磁場(chǎng)強(qiáng)度為試驗(yàn)值，然后打開(kāi)活塞使油樣通過(guò)磁極，在接管口接收磁化后的油樣，裝置示意圖如圖1所示。

圖1磁場(chǎng)改性裝置示意圖

1.3性能表征

采用最大拉力法測(cè)定試驗(yàn)油樣表面張力以及界面張力，采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀表征裝置。

2結(jié)果與討論

2.1磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)非極性油表面張力的影響

由磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)非極性油表面張力的影響(圖2)可知，使用過(guò)磁場(chǎng)改性后，非極性烴油的表面張力可以高，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)驗(yàn)證所得結(jié)果與之相同，幅度在0.3%~3.7%之間，并且呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。雖然磁化裝置的最大有效磁場(chǎng)強(qiáng)度僅能達(dá)到1.6 T，但是分別連接各個(gè)連續(xù)周期的波峰和波谷，可得到2條關(guān)于波峰和波谷的曲線。將得到的2條曲線按其發(fā)展趨勢(shì)延伸，2條曲線相交，相交后成1條直線，表明當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值后，非極性烴油的表面張力不再隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高而變化，而是保持一穩(wěn)定值。

圖2磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)非極性油表面張力的影響

2.2非極性烴油的表面張力對(duì)其在水中彌散性能的影響

由Girifalco-Good理論可以知道界面張力為：

式中，γ??為油水界面張力；γ?為水表面張力；γ?為非極性烴油表面張力；k為修正系數(shù)，水不與水形成氫鍵的k值一般在0.51~0.78之間。滴體積法測(cè)界面張力的基本原理是：設(shè)存在2種不相溶液體，液體1的密度大于液體2，液體1自毛細(xì)管滴頭緩慢滴落于液體2中，所成液滴大小與液體1、2間的界面張力、密度差和所懸此液滴的毛細(xì)管滴頭半徑的關(guān)系為：

γ??=(ρ?-ρ?)Vg/(2πrb)

式中：ρ?為水的密度，ρ?為非極性烴油的密度，V為油滴的體積，g為重力加速度，r為毛細(xì)管滴頭半徑，φ為修正系數(shù)。

由式(1)和(2)可以知道，油水界面張力隨著非極性烴油表面張力的增加而降低，油水界面張力與非極性烴油的表面張力成其的體積成反比。因此，非極性烴油在水中形成油滴，其在水中形成油滴的體積就越小，說(shuō)明其在水中的彌散性能越好。

2.3磁場(chǎng)對(duì)極性油表面張力的影響

由磁場(chǎng)對(duì)極性油表面張力的影響結(jié)果(圖3)表明，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，8種極性烴油(除酯類(lèi)為試驗(yàn)結(jié)果外其余結(jié)果皆為文獻(xiàn)提供)的表面張力會(huì)降低，這與非極性烴油的結(jié)果相同的結(jié)果相反，說(shuō)明與水溶液酸化后所測(cè)得改性烴油相比，由該極性物質(zhì)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)作用后，表面張力均有可能降低。

圖3磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)極性烴油表面張力的影響

2.4磁場(chǎng)對(duì)極性與非極性烴油混合物表面張力的影響

由磁場(chǎng)對(duì)極性與非極性烴油混合物表面張力的影響(圖4)可以知道，當(dāng)非極性油占主導(dǎo)地位時(shí)，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，混合物表面張力升高；隨著極性烴油含量的不斷增加，極性烴油在混合物中占主導(dǎo)地位，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，混合物表面張力降低。這就能很好地解釋?zhuān)瑸槭裁囱芯拷Y(jié)果對(duì)油水物質(zhì)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后表面張力會(huì)升高或下降說(shuō)法不一，以及試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性差，其主要原因是來(lái)自不同生產(chǎn)廠家的油樣中極性和非極性烴油的含量不同造成的。

圖4磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)混合物表面張力的影響

3結(jié)論

1)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，非極性烴油的表面張力會(huì)升高，并且呈周期性變化，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值后，非極性烴油的表面張力可能會(huì)保持不變。隨著非極性烴油表面張力的增加，油水界面張力不斷降低，非極性烴油在水中的彌散性能越來(lái)越好。

2)經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，極性烴油的表面張力會(huì)降低。

3)由于油類(lèi)多屬于混合物，其中極性烴油與非極性烴油含量的多少，會(huì)影響磁場(chǎng)改性的結(jié)果，當(dāng)油類(lèi)產(chǎn)品中非極性烴油占主導(dǎo)地位時(shí)，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)改性后，油類(lèi)產(chǎn)品的表面張力會(huì)升高；反之，油類(lèi)產(chǎn)品的表面張力會(huì)降低。