1.5  pH響應(yīng)性破乳實(shí)驗(yàn)

在60 ℃下，將不同pH的C16A -SiO2降黏劑穩(wěn)定的稠油乳化液靜置8 h，觀察自然破乳情況。向靜置處理自然破乳24 h后的乳化液中加入少量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%的NaOH溶液調(diào)節(jié)乳化液呈微堿性（pH=8），10 min后觀察乳液情況。對破乳后的油水混合液中加入適量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%鹽酸調(diào)節(jié)pH至4.5，使用手持均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（8000 r/min，1 min），稠油重新形成乳化體系。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征結(jié)果分析

2.1.1 FTIR

圖1為 Nano-SiO2、 C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)的 FTIR譜圖。

從圖1可以看出，1063 cm?1處為Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動峰；800和450 cm?1處為Si—O鍵的對稱伸縮振動峰，三組樣品中均具有SiO2納米粒子特征峰；2922和2851 cm?1處為—CH2的不對稱和對稱拉伸振動峰；1465 cm?1處為—CH2的彎曲振動峰；2957和1375 cm?1處為—CH3的伸縮振動峰和面內(nèi)彎曲振動峰；720 cm?1處為N—H鍵的彎曲振動峰，以上特征峰表明，C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)表面存在胺基和碳鏈片段，已成功制備了C16A-SiO2。 C16A是典型的陽離子表面活性劑，其分子中的N原子含有孤對電子，故能以氫鍵與酸分子中的氫結(jié)合，使胺基帶正電荷變成親水性更強(qiáng)的離子型頭基—NH+，加酸后促進(jìn)反應(yīng)向正向進(jìn)行，更多的胺基解離為—NH+。納米SiO2電子云分布不均，存在帶負(fù)電的硅氧陰離子(Si—O?)，解離的胺基和硅氧基由于靜電作用結(jié)合，表面活性劑分子成功接枝在納米SiO2表面。

2.1.2 TGA

圖2為Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)的TG曲線。

從圖2可以看出，在35~800℃升溫過程中，Nano-SiO2總質(zhì)量損失5.2%，整體趨勢較均勻，主要為其表面的自由水和羥基的脫除。C16A-SiO2升溫至100℃時(shí)質(zhì)量開始急劇下降，300℃后逐漸趨于穩(wěn)定，微商熱重峰值溫度為185℃，這部分質(zhì)量損失主要是靜電吸附在SiO2表面的C16A受熱分解所致。對比C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)，根據(jù)公式計(jì)算，C16A-SiO2(pH7.5)的C16A接枝率為10.4%，C16A-SiO2(pH4.5)的C16A接枝率提升到27.3%，這是因?yàn)?，酸性條件促進(jìn)C16A解離，更多地吸附在納米SiO2表面。

2.2 表面性質(zhì)表征結(jié)果分析

2.2.1 表面潤濕性

圖3 Nano-SiO2(a)和C16A-SiO2(pH4.5)(b)的接觸角表征

圖3為Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)的水接觸角測試圖片。從圖3可以看出，Nano-SiO2靜態(tài)水接觸角為25.5°，呈親水性；C16A-SiO2(pH4.5)的靜態(tài)水接觸角升高到83.2°，疏水性加強(qiáng)，這是因?yàn)?，質(zhì)子化C16A碳鏈吸附在SiO2納米粒子表面，納米SiO2作為親水基團(tuán)，C16碳鏈作為疏水基團(tuán)，C16A-SiO2具備表面活性。隨著表面疏水性的提升，C16A-SiO2(pH4.5)降低油水界面張力的能力顯著增強(qiáng)，更好地吸附至油水界面形成O/W型Pickering乳液。

2.2.2 Zeta電位和電導(dǎo)率

圖4 C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同濃度下的Zeta電位和電導(dǎo)率

圖5 Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同濃度下的表面張力

圖4為C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同濃度下的Zeta電位和電導(dǎo)率。從圖4可以看出，不同濃度的C16A-SiO2(pH7.5)降黏劑溶液Zeta電位在-20 mV左右，電導(dǎo)率幾乎為0。這是因?yàn)椋趐H=7.5的溶液中，C16A質(zhì)子化程度很低，幾乎不具備表面活性。而C16A-SiO2(pH4.5)降黏劑溶液濃度低于1×10?4 mol/L時(shí)，電導(dǎo)率隨著其濃度的增大而增大，這是因?yàn)?，調(diào)節(jié)溶液pH至4.5后，促進(jìn)了C16A質(zhì)子化，導(dǎo)致電導(dǎo)率提升；當(dāng)濃度大于1×10?4 mol/L時(shí)，此時(shí)超過臨界膠束濃度，電導(dǎo)率降低，這是因?yàn)椋藭r(shí)，C16A與納米粒子結(jié)合和膠束作用，共同作用導(dǎo)致溶液中自由離子數(shù)量減少，降低了電導(dǎo)率。C16A-SiO2(pH4.5)降黏劑溶液Zeta電位隨其濃度的增大而提升，濃度為1×10?1 mol/L時(shí)Zeta電位達(dá)42.5 mV。這是因?yàn)?，C16A質(zhì)子化帶正電，通過靜電作用吸附到帶負(fù)電的納米SiO2粒子表面，較強(qiáng)的靜電斥力促進(jìn)乳狀液穩(wěn)定性變強(qiáng)。結(jié)合水接觸角的提升進(jìn)一步驗(yàn)證(圖3)，C16A-SiO2納米粒子界面活性提高，能夠吸附在油水界面形成穩(wěn)定的Pickering乳液。

2.2.3 表面張力

圖5為C16A溶液和C16A-SiO2降黏劑溶液的表面張力隨濃度變化的情況。從圖5可以看出，隨著表面活性劑溶液濃度逐漸增大，達(dá)到104 mol/L時(shí)，3種測試溶液均能顯著降低溶液的表面張力，此時(shí)表面張力顯著下降至20~40 mN/m，當(dāng)溶液pH為4.5時(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)氨基解離，相較于C16A溶液和C16A-SiO2(pH7.5)降黏劑溶液，C16A-SiO2(pH4.5)降黏劑溶液的表面張力略有上升。這是因?yàn)?，隨著C16A表面親水基團(tuán)—NH+與 Nano-SiO2的結(jié)合導(dǎo)致頭基體積增大，進(jìn)而導(dǎo)致納米粒子在氣液界面的排布間距增大，界面的密度相應(yīng)降低。