非常规石油矿是石油资源的重要组成部分，也是化学品和能源供应的重要替代来源。然而，与传统原油开采不同，非常规石油矿由于其油固共存、重质组分含量高等特点，导致其分离更为困难。在目前采用的各种非常规石油矿分离过程中，都会不同程度地涉及水的参与。然而，由于重质油中界面活性组分和纳微矿物颗粒的存在，使得非常规石油矿在分离过程中常形成稳定的油-水乳液，影响后续的分离纯化和储运。
　　针对非常规石油矿分离过程中形成乳液的天然界面活性组分作用机制及破乳问题，本文从界面活性组分分离与分子结构解析、界面活性物质稳定油水乳液机制、富氧型破乳剂分子设计与制备、破乳剂对油包水型乳液破乳机制等方面展开研究，以期获得非常规石油油-水乳液破乳新策略。主要研究内容如下：
　　采用“溶剂沉降-乳化-相分离脱轻”的方法，提取了非常规石油中具有界面活性的沥青质组分(Interfacially active asphaltenes,IAA)。通过凝胶渗透色谱(GPC)测试获得了IAA的基本分子量为18259g/mol；采用元素分析(EA)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及核磁共振(NMR)等分析方法依次解析了IAA分子的元素组成(C、H、O、N和S等元素)、化学基团结构、不同元素的价态等；结合改进的Brown-Ladner(B-L)方法计算推出了IAA的分子聚合度(1.89)、单体分子式(C72H93NO3S4)；通过分子模拟优化方法，最终获得了IAA以脂肪链连接芳香环的群岛型结构模型。
　　基于IAA分子结构模型，通过界面张力仪和流变仪分析了IAA的界面特性，获得了IAA的界面活性和黏弹性特征；通过长周期稳定实验(乳液静置30天)与显微成像统计乳液液滴粒径分布，获得了IAA稳定乳液的基本特征及其油水乳液液滴粒径分布规律。通过全原子分子动力学模拟方法对含有IAA的油水乳液稳定机制进行模拟，发现IAA分子可通过分子中芳香环之间的π-π堆叠作用、分子间的氢键自聚作用形成自聚体，该自聚体可聚集于油水界面处形成具有一定强度的膜结构。此外，IAA分子中极性端的杂原子(N、O、S)与水分子中的氢原子可形成氢键，聚集在油-水界面处形成一定厚度的界面膜，该界面膜可阻止油相中分散水滴的聚并，导致水滴能够在油相中长期稳定存在。
　　针对上述乳液分离问题，本文通过分子设计的方法进行破乳剂的开发，具体做法是采用酯化反应和聚合反应，在聚醚分子结构中引入酯基和羧基，制备了含有多种含氧官能团的非离子型富氧破乳剂(JMNP，TJU-2)。将该破乳剂应用于沥青质油-水乳液、沥青油-水乳液、原油-水乳液、柴油-水乳液及IAA乳液等不同的油包水型乳液的破乳分离过程中，结果表明，虽然在破乳速率上有所差异，但该破乳剂对上述乳液均具有良好的破乳能力。以最稳定的IAA油水乳液(IAA-W/O)为例，采用仅含有酯基的非离子型聚醚(JMNP)作为破乳剂，在浓度为400ppm、温度为60℃、破乳时间为15min时，能脱除乳液中50%的水；而含有酯基和羧基的非离子型聚醚(TJU-2)在相同的浓度和温度下，15min内能脱除乳液中97.5%的水。进一步延长破乳时间至25min，可实现完全破乳。
　　通过KI-I2紫外可见分光光度法，研究了分别将IAA-W/O乳液破乳后，JMNP和TJU-2两种破乳剂在油、水两相中的分配情况。结果表明，JMNP和TJU-2破乳剂在油、水两相中的分配系数分别为0.448和0.241，说明该两种破乳剂将乳液破乳后，大部分进入到了水相中，间接的表明该两种破乳剂具有高度的亲水性。
　　为了探究破乳剂在油水界面的作用机制，本文通过粒子耗散动力学(DPD)模拟计算方法，研究了TJU-2破乳剂分子在IAA-W/O乳液中的破乳作用。模拟结果表明，TJU-2分子中羧基和酯基中的氧与水分子中的氢形成氢键的键能分别为35.038kJ/mol和32.357kJ/mol，该氢键键能比IAA分子中杂原子(O、N、S)与水分子中的氢形成氢键的键能(分别为18.936kJ/mol，9.427kJ/mol，5.467kJ/mol)更大。破乳剂分子和水分子形成的氢键一方面置换了IAA分子和水分子之间的氢键，另一方面打破了IAA分子聚集体中的π键，从而实现IAA-W/O乳液的破乳。