表面活性剂溶液胶束聚集数与流变特性和减阻效率研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 表面活性溶液减阻理论国内外研究现状分析
• 1.2.1 表面活性剂分子的自组装和稀溶液中的胶束形态
• 1.2.2 表面活性剂溶液减阻和流变特性研究现状
• 1.2.3 表面活性剂减阻技术的工程应用
• 1.3 论文构思及主要研究内容
• 1.3.1 论文构思
• 1.3.2 论文主要研究内容
• 第2章 稳态荧光猝灭法测定胶束聚集数
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验装置简介
• 2.2.2 实验原理
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 表面活性剂溶液微观结构简介
• 2.3.1 临界胶束浓度
• 2.3.2 临界胶束浓度的影响因素
• 2.3.3 胶束形状
• 2.4 胶束聚集数测量结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 表面活性剂溶液减阻效果实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验台概况
• 3.2.1 实验系统和测量工具简介
• 3.2.2 实验试剂
• 3.3 表面活性剂溶液减阻效果及分析
• 3.3.1 湍流减阻基础公式
• 3.3.2 实验测量参数和实验工质
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面活性剂溶液剪切粘度测量
• 4.1 概述
• 4.2 流变特性参数与影响因素和测量方法
• 4.2.1 粘度
• 4.2.2 拉伸粘度
• 4.2.3 粘弹性
• 4.2.4 法向应力差
• 4.3 表面活性剂溶液剪切粘度测量结果与分析
• 4.4 胶束聚集数、直管段减阻率和剪切粘度三者关系
• 4.5 对未来工作的意见
• 4.5.1 实验总结
• 4.5.2 未来工作的可选方向
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历