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表面活性剂溶液胶束聚集数与流变特性和减阻效率研究

周英博  
【摘要】:本文对三种表面活性剂:十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基磺酸钠(AS)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液的胶束聚集数、直管段减阻效率、剪切粘度进行了测量。通过比较三个参数的实验数据,一方面验证了某些表面活性剂减阻原理,如:具有减阻效果的表面活性剂溶液中存在丝状胶束结构,具有减阻效果的表面活性剂溶液常表现非牛顿流体的流变学特性;另一方面也发现了一些不符合传统理论的现象,如60ppmCTAC溶液虽然具有减阻现象却表现牛顿流体的流变性质,200ppmCTAC溶液的减阻率随温度变化情况和胶束聚集数变化趋势不一致。 为了进一步加深对表面活性剂减阻现象的理解,促进表面活性剂减阻技术的实际应用。本文从以下方面作了研究。 首先,通过稳态荧光猝灭法对三种表面活性剂溶液的胶束聚集数进行了测量,胶束聚集数这一参数一直被应用化学领域所重视,很少有研究者把这个参数跟表面活性剂减阻技术联系在一起。本文在这个方面做了一点尝试,通过胶束聚集数的变化情况和变化趋势分析表面活性剂溶液中胶束结构的变化情况和趋势,并与其他研究者用Cryo-TEM拍摄的照片做出对比,验证其可行性。 其次,在管径D=25mm的有机玻璃直管段内对上述三种表面活性剂溶液的减阻效率进行测量,每部分的测量分别侧重影响减阻效果的一个因素(雷诺数、浓度、温度、抗衡离子比率)。得出除SDS溶液无明显减阻现象,其余两种表面活性剂溶液在一定条件下都可以观察到较典型的减阻现象。 第三,实验室应用由美国Rheometrics Scientific F. E. Ltd.制造的高级应变控制流变仪ARES进一步测量了SDS溶液和CTAC溶液在不同剪切率、温度、浓度、抗衡离子比率下的剪切粘度值。 最后,分析实验数据,总结表面活性剂溶液中胶束聚集数、直管段减阻效率、剪切粘度三个具有代表性参数之间的关联性,为后续研究者提出意见和建议。


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