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離子組成、pH值對納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的影響（三）
來源：油田化學(xué) 瀏覽 876 次 發(fā)布時間:2025-08-28
模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系的pH值在8.5左右，此時，納米SiO2表面的羥基會和OH-發(fā)生如下反應(yīng)：
該反應(yīng)使SiOH逐漸解離，減弱了SiO2表面的羥基和水之間的氫鍵作用，導(dǎo)致SiO2顆粒表面脫水，顆粒間水化作用力減弱，易發(fā)生聚并。在納米SiO2/SDS體系中添加鹽酸后，隨著H+含量的增加，該反應(yīng)向左移動，增強了SiO2表面的羥基和水之間的氫鍵作用，水化作用力增強，阻止了納米SiO2顆粒之間發(fā)生橋接聚并，從而提高了體系的穩(wěn)定性。
在酸性介質(zhì)中，納米SiO2表面的羥基會和游離的質(zhì)子化水發(fā)生如下反應(yīng)：
SiO2表面的羥基會和H+發(fā)生反應(yīng)，所以和Ca2+、Mg2+、Na+離子相比，H+更容易吸附在納米顆粒表面。當體系中含有足夠量的H+時，H+離子可以在納米SiO2周圍形成保護層，如圖4所示。模擬地層水中極少量的二價Ca2+、Mg2+也會使納米SiO2失去穩(wěn)定性，H+保護層的存在降低了納米SiO2雙電層中二價離子的含量，從而減少了二價陽離子對納米SiO2穩(wěn)定性的破壞。
圖4納米SiO2周圍的H+保護層
在酸性介質(zhì)中，納米SiO2顆粒間水化作用力的增強及周圍H+保護層的形成，能夠很好地解釋模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系中pH值的降低對體系穩(wěn)定性的影響。
2.2納米SiO2/SDS體系降低界面張力的能力
圖5為NaCl鹽水和模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系與原油間的界面張力隨SiO2質(zhì)量分數(shù)的變化曲線。NaCl鹽水中，隨SiO2質(zhì)量分數(shù)的增加，納米SiO2/SDS體系降低界面張力的能力逐漸增強。單獨的納米SiO2沒有降低油水界面張力的能力，但在SDS溶液中加入納米SiO2后，由于納米SiO2與SDS都帶負電，二者間存在的靜電排斥作用使更多的SDS分子擴散至油水界面，從而降低了界面張力，隨著SiO2質(zhì)量分數(shù)的增加，SiO2與SDS之間的排斥作用增強，SDS降低界面張力的能力也不斷增強。模擬地層水中，隨SiO2質(zhì)量分數(shù)的增加，納米SiO2/SDS體系降低界面張力的能力先增強后降低，在SiO2質(zhì)量分數(shù)為0.5%時界面張力達到最低。當SiO2質(zhì)量分數(shù)小于0.5%時，體系穩(wěn)定性較好，隨SiO2含量的增加，體系降低界面張力的能力增強，這與NaCl鹽水中的趨勢和原因一致；當SiO2質(zhì)量分數(shù)大于0.5%時，體系的穩(wěn)定性變差，部分納米SiO2顆粒聚集失效，因此體系降低界面張力的能力減弱。
圖5納米SiO2對SDS降低油水界面張力的影響
隨pH值的降低，模擬地層水中納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性逐漸增強，而納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的能力與其穩(wěn)定性有關(guān)，因此pH值的降低也將對體系降低界面張力的能力產(chǎn)生影響。圖6為納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的能力隨pH值的變化曲線，其中SiO2質(zhì)量分數(shù)分別為0.2%和1.5%。
圖6 pH值對納米SiO2/SDS體系降低油水界面張力的影響
當SiO2質(zhì)量分數(shù)為1.5%時，納米SiO2/SDS體系靜置不久納米SiO2即聚集在一起，使得SiO2與SDS之間的排斥作用減小，隨著pH值的降低，水化作用力及H+保護層的形成使得納米SiO2聚集的幾率大大降低，SiO2顆粒在體系中分散較均勻，因此SiO2與SDS之間的排斥作用增大，體系降低油水界面張力的能力增強。當SiO2質(zhì)量分數(shù)為0.2%時，納米SiO2/SDS體系具有較好的穩(wěn)定性，pH值的下降對體系降低油水界面張力的能力基本無影響。
3結(jié)論
在NaCl鹽水中，納米SiO2/SDS體系的|ζ|基本大于30 mV，體系更易穩(wěn)定；模擬地層水中二價陽離子的存在使得體系的|ζ|均小于30 mV，顆粒容易聚集沉淀。納米SiO2含量越大，顆粒之間碰撞的機率增加，納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性越差。隨著納米SiO2含量的增加，SDS降低油水界面張力的能力在NaCl鹽水中逐漸增強，而在模擬地層水中先增后減，在SiO2質(zhì)量分數(shù)為0.5%時界面張力達到最低。
在模擬地層水中加入鹽酸后，隨著pH值降低，|ζ|不斷減小，穩(wěn)定性卻逐漸增強，當pH值為3.5時，體系靜置15 d后仍能保持較好的穩(wěn)定性，降低pH值可以有效解決地層水中體系穩(wěn)定性問題。當SiO2質(zhì)量分數(shù)小于0.5%時，pH的下降對體系降低界面張力基本沒有影響；當SiO2質(zhì)量分數(shù)大于0.5%時，pH的下降會使體系降低界面張力的能力增強。