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张科良 (张科良.)

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本论文围绕胶质液体泡沫微观结构表征及应用进行了系统研究,旨在深入对胶质液体泡沫的深刻理解,并为其应用奠定理论基础。1. 胶质液体泡沫微观结构表征采用荧光探针技术、自旋探针技术、衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ART-FTIR)等技术手段对组成为十二醇聚氧乙烯(3)醚/正癸烷/十二烷基硫酸钠/水胶质液体泡沫(CLA)的微观结构进行了系统研究。实验结果表明,胶质液体泡沫与乳浊液的微观结构基本一致。(1)荧光探针在胶质液体泡沫微观结构研究中的应用。在文献的基础上制备了三种荧光探针分子,应用红外吸收光谱、紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱、氢核磁共振(1H NMR)等技术手段对荧光探针分子进行了结构表征。结果表明,自制的探针分子与预期相符为目标分子。用激光粒度仪测定了含探针分子的胶质液体泡沫及乳浊液的粒径及其分布。结果表明,探针分子的引入对胶质液体泡沫及乳浊液的粒径大小及分布有不同程度的影响,影响的程度与探针分子的分子结构有关。含有荧光探针的胶质液体泡沫及乳浊液的荧光发射光谱表明,同一种荧光探针在两种不同体系中(胶质液体泡沫与乳浊液)的光谱基本相似。三种荧光探针都存在于胶质液体泡沫及乳浊液的膜层结构中,只是所处微环境极性略有差别。荧光探针标记的胶质液体泡沫及乳浊液的紫外可见吸收光谱对研究两种体系的微观结构作用不大。而荧光发射光谱表明,同一种荧光探针在两种不同的标记体系中的光谱基本相似,最大发射波长与强度稍有差异,但差别不大。说明荧光探针所处微环境的极性基本相同。(2)利用自旋探针研究胶质液体泡沫的微观结构。制备了两种自旋探针分子,应用红外吸收光谱、电子顺磁共振谱(ESR)等技术手段对探针分子进行了结构表征。结果表明,自制的自旋探针分子与预期相符为目标分子。含有自旋探针-4-硬脂酸-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基酯(C18-NO)的胶质液体泡沫的超精细分裂常数(AN)值、旋转相关时间(τC)值和序参数(S)值,基本不随相体积比(PVR)而变。并且与乳浊液体系(PVR = 4)的AN值、S值基本接近,只是τC值有所差别。含有自旋探针-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)的胶质液体泡沫(PVR = 4)的超精细分裂常数(AN)值、旋转相关时间(τC)值和序参数(S)值,与乳浊液体系(PVR = 4)的AN值、τC值、S值基本接近。说明在两种不同体系中,同一种探针分子所处微环境的极性相当,粘度大致相近,表面活性剂排列有序度基本类似。自旋探针-C18-NO的疏水链可能处在栅状层中,只是在胶质液体泡沫体系中,水分子在栅状层中有所渗透。而探针分子-TEMPO在两种体系中所处环境的极性相当,粘度基本相同,表面活性剂排列有序度基本类似。自旋探针-C18-NO标记的胶质液体泡沫(PVR = 4)的AN值和S值与乳浊液体系(PVR = 4)的AN值和S值基本接近,τC值有一定差别。说明在两种不同体系中,探针分子所处微环境的粘度略有差别,探针分子所处微环境的极性相近,表面活性剂排列有序度基本类似。自旋探针-TEMPO标记的胶质液体泡沫(PVR = 4)的AN值和S值与乳浊液体系(PVR = 4)的AN值和S值基本相近,τC值也有所差别。说明探针分子在两种不同体系中,所处微环境的极性相当,粘度接近,表面活性剂分子排列有序度基本接近。探针分子都处于各向同性的环境中,探针分子-TEMPO不是处在纯粹的水相,而是吸附在表面活性剂的极性基团处。因此,胶质液体泡沫的微观结构与高内相乳浊液相近,这与Princen的观点一致。(3)胶质液体泡沫中水分子结构的衰减全反射红外光谱研究。胶质液体泡沫及乳浊液的衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ART-FTIR)表明,随着体系相体积比(PVR)的增大,体系中相对水量的减少,水分子O-H伸缩振动的ART-FTIR谱峰由3493 cm-1向低频3417 cm-1移动。胶质液体泡沫体系中,对水分子O-H伸缩振动的ART-FTIR谱中3050-3750 cm-1范围内的吸收峰进行曲线拟合得到四个子峰,分别位于3630 ± 7 cm-1,3390 ± 8 cm-1,3546 ± 10 cm-1及3234 ± 5 cm-1处。分别对应于捕获水、本体水、表面活性剂阴离子结合水及钠离子结合水。随着相体积比(PVR)的增大,捕获水和表面活性剂阴离子结合水分数维持不变,本体水和钠离子结合水分数增大。对于相体积比PVR = 4的乳浊液体系,本体水的面积分数为18.5%,大大低于相同体积比的胶质液体泡沫体系的50 %;阳离子结合水的面积分数为36.4%,高于胶质液体泡沫体系的30%;反(阴)离子结合水的面积分数为45.1%,高于胶质液体泡沫体系的15%。并且乳浊液体系中不存在捕获水。从水在两种不同体系中的存在形式来看,胶质液体泡沫与普通乳浊液的微观结构相差不大,基本一致。2. 基于胶质液体泡沫的含油污泥资源化利用在文献基础上,在对含油污泥中原油具有脱除、清洗作用的水溶性表面活性剂中,筛选出-十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二醇聚氧乙烯(9)醚(AEO-9),结合油溶性表面活性剂-十二醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)、有机溶剂二甲苯、二次蒸馏水,制备了一种相当稳定的胶质液体泡沫。用光学显微镜对其进行了表征,其外观结构为球状颗粒。将水稀释后的胶质液体泡沫应用于含油污泥中原油的脱除研究。重点探讨了处理温度及处理时间对含油污泥中原油脱除率的影响。通过对实验数据的处理,得到了一系列线性规律。结果表明,胶质液体泡沫脱除含油污泥中原油的过程符合准一级速率方程。胶质液体泡沫洗脱含油污泥中原油实验效果较好,原油回收率最高可达99 %以上。并对用胶质液体泡沫回收的原油与用有机溶剂(石油醚)萃取得到的原油进行了族组成分析测定。实验发现,两种不同方法得到的原油组成:即蜡质、胶质和沥青质含量变化不大;但结果也显示胶质液体泡沫对含油污泥原油的萃取有选择性,对原油中的蜡的萃取尤为明显,可有效地萃取碳数小于25的正构烷烃的石油蜡。

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胶质液体泡沫 微观结构 荧光探针 自旋探针

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  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Degree: 工学博士

Mentor: 张宁生

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Year: 2012

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