【摘 要】
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非水相泡沫在石油开采、石油化工、食品加工和多孔功能材料等领域有着十分广泛的应用。然而,非水相溶剂自身具有的低界面张力和低介电常数,致使发泡难度增加。纳米二氧化硅（SiO2）颗粒由于具有优良特性,通过接枝改性调控其表面润湿性能,在非水相溶剂中的发泡研究工作受到关注。本论文探究纳米SiO2表面润湿性对非水相溶剂发泡性能的影响,揭示纳米SiO2表面润湿性对非水相溶剂发泡性能的影响规律。取得了下列具有创新
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非水相泡沫在石油开采、石油化工、食品加工和多孔功能材料等领域有着十分广泛的应用。然而,非水相溶剂自身具有的低界面张力和低介电常数,致使发泡难度增加。纳米二氧化硅（SiO2）颗粒由于具有优良特性,通过接枝改性调控其表面润湿性能,在非水相溶剂中的发泡研究工作受到关注。本论文探究纳米SiO2表面润湿性对非水相溶剂发泡性能的影响,揭示纳米SiO2表面润湿性对非水相溶剂发泡性能的影响规律。取得了下列具有创新性的研究成果:1、采用溶胶-凝胶法制备粒径可控且单分散性较好的纳米SiO2颗粒。探究最佳实验条件,并用Zeta电位分析仪、透射电子显微镜和场发射扫描电子显微镜对纳米SiO2颗粒的粒径分布和微观形貌结构进行表征。2、分别采用有机氯硅烷法和硅烷偶联剂法实现纳米SiO2颗粒表面润湿性的调控。通过改变二氯二甲基硅烷（DCDMS）、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）用量、反应温度以及反应时间,探究其对纳米SiO2颗粒表面润湿性的影响。并用Zeta电位分析仪和接触角测量仪对纳米SiO2颗粒粒径和表面润湿性进行表征。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜对纳米SiO2颗粒的微观形貌进行表征,通过傅里叶变换红外光谱仪对其结构进行分析表征,采用热重分析仪对纳米SiO2颗粒的热稳定性进行分析。3、揭示DCDMS修饰的系列润湿性的纳米SiO2颗粒在不同极性溶剂中的发泡性能的影响规律。当改性纳米SiO2颗粒的浓度为7.0wt.%,纳米SiO2颗粒接触角分别为90.75°、86.0°、79.0°、70.5°、66.75°和52.0°时,分别在水、甘油、甲酰胺、乙二醇、乙酸苄酯和α-溴萘中所形成的泡沫体积达到最大值,含气率分别为75.0%、62.5%、70.0%、57.1%、50.0%和45.5%。因此,随着溶剂极性的增大,纳米SiO2颗粒的最佳接触角也在增大,发泡性能随之增强,发泡溶液的表面张力降低量最明显,分别为37.5m N/m、23.1 m N/m、25.0 m N/m、14.2 m N/m、8.0 m N/m和6.0 m N/m。对于非极性有机溶剂正十二烷和甲苯,改性纳米SiO2颗粒则不具备发泡能力。4、探讨溶剂极性对非水相溶液的影响规律。随着溶剂极性的增大,发泡溶液表面张力的降低量越大,其表面活性增强,越有利于泡沫的形成,发泡体积随之增大。随着改性纳米SiO2颗粒浓度的增大,发泡溶液的表面张力降低就越大,发泡性能得到增强。当改性纳米SiO2颗粒浓度为7.0wt.%时,最佳接触角下的改性纳米SiO2颗粒加入到水、甘油、甲酰胺、乙二醇、乙酸苄酯和α-溴萘等六种溶剂中,其形成的发泡溶液表面张力降低幅度最大,发泡体积最高。
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