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微生物降解航空煤油的热力学研究

刘华姬  
【摘要】:微生物降解石油烃是微生物采油的机理之一。微生物可以将长链烷烃降解成碳链较短的烷烃,改变石油的组成,实现石油化学品的生物转化,获得优质汽油等。此外,微生物降解烃类在环境保护方面也有重要的意义。因此,如何提高微生物降解的效果是本文研究的主要目的。在此大前提下,本文用微量量热法研究了表面活性剂形成胶束时的临界胶束浓度及其过程中的有关热力学性质,并在了解表面活性剂的有关性质的基础上研究了微乳液的形成和其热力学性质。选择合适的表面活性剂形成微乳液体系,使石油菌在微乳液培养基中生长,测定出热功率-时间曲线,计算出生长速率常数及有关的热力学参数。 主要研究内容与结论如下: 一、离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂形成胶束的微量量热法研究。 临界胶束浓度(cmc)可以作为表面活性剂表面活性的一种量度,是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个“分水岭”。表面活性剂的研究工作往往与临界胶束浓度的测定有关。用界面张力法测cmc条件苛刻,精度低,微量量热法却较易测定,并且不破坏相平衡,更有意义的是同时可得到多种信息。本研究应用瑞典产2277热活性检测仪和滴定量热仪测定了不同温度下离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的cmc,分别用相分离模型和质量作用模型来处理,得到了有关的热力学数据及非离子型表面活性剂形成胶束的平均聚集数和胶束生成常数。在实验条件下,离子型表面活性剂溶于水是吸热的,而非离子型表面活性剂溶于水是放热的。随温度的升高,离子型表面活性剂的胶束生成热单调降低,非离子表面活性剂的胶束生成热单调增加,有些几乎是线性变 化。通过研究可知,对于离子型表面活性剂,在其溶液中加入与表面活性剂有 ’ 相同离子的无机盐时,表面活性得到提高,临界胶束浓度降低。而对于非离子 型表面活性剂,无机盐对其性质的影响较小。 二、用微量量热法准确绘制微乳液的三元相图 微乳液是由油、表面活性剂、助表面活性剂和水形成的透明或半透明的热 力学稳定体系。微乳液特别是中相微乳液在三次采油、日用化工、微环境和酶 催化等方面具有特殊重要的应用。溶液从非微乳液状态转变为微乳液以及微乳 液类型之间的转变属于相转变,因此必然伴有相变热。在此理论指导下,用微 量量热法测定了相变热,确定了相变点,得到了O/W型、W/O型以及双连续 结构微乳液的区域范围。计算了在不同表面活性剂中醇从油连续相转移到界面 相时的自由能的变化,为更好的应用微乳液奠定了坚实的基础。 三、石油菌在微乳液培养基中的生长代谢及理论处理。 选择合适的表面活性剂,设计合理的体系,使表面活性剂、助表面活性 剂、航空煤油、含盐水溶液形成微乳液培养基,测定了50oC时不同菌种在其 中的生长代谢的热谱图,用LOgistiC方程处理,得到了不同菌种在微乳液培养 基中的生长速率常数。实验表明,石油菌在微乳液培养基中的生长比在非微乳 液培养基中的效果要好,将微乳液与微生物降解石油烃结合起来,从而开创了 微生物降解石油烃的新途径。 本文用微量量热法从一个崭新的角度研究了表面活性剂和微乳液的性质以 及微生物降解石油烃的有效途径,该研究的厂展为表面活性剂和微乳液的进一 步研究提供了新途径和新方法,对提高三次采油技术具有重要的理论指导意 义。


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