十六烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠胶束水溶液的黏度特性

研究了工业级十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与水杨酸钠(NaSal)在乙二醇-水中形成胶束水溶液的黏度特性.分别考察了CTAC和NaSal浓度、乙二醇体积分数以及温度对形成胶束水溶液黏度规律的影响.结果表明,在乙二醇-水介质中,在一定NaSal浓度下,随CTAC质量浓度增大,胶束溶液的相对黏度将提高并出现最大值.乙二醇可弱化胶束结构强度,胶束溶液黏度随乙二醇含量的增加而降低.乙二醇体积分数低于15%时可形成黏度较大具有黏弹性的胶束体系;当乙二醇体积分数达到20%时,胶束水溶液黏度接近于溶剂黏度.在298 K～333 K内,CTAC与NaSal胶束溶液的黏度随温度升高而降低.     

一种新型两性界面活性剂的减阻特性

对一种新合成的两性界面活性剂N,N,N-三甲胺-N′-油酸酰亚胺在二维通道内的减阻特性进行了实验研究.为了能进行低温测试,以20%的甘醇不冻液为溶剂.溶液质量浓度范围为（5×10^-5）～（1×10^-3）,测试温度为-5℃和25℃.用粒子成像测速仪对减阻流动的湍流特性进行了测量.实验表明,这种新型界面活性剂溶液呈现明显减阻特性,且减阻特性与浓度和温度均有很大的关系,最大减阻值可高达83%.该界面活性剂中加入NaNO₂,在低温和低浓度条件下能有效改善减阻效果,而在常温和高浓度条件下反而降低减阻效果.添加界面活性剂抑制了湍流速度脉动和湍流涡脉动,使雷诺剪切应力完全消失.     

黏弹性流体基纳米流体流变学特性

黏弹性流体基纳米流体(viscoelastic fluid based nanofluid,VFBN)是一种具有湍流减阻和对流换热相对强化特性的新型换热工质,其湍流减阻机理与流变学特性关系密切。通过对以2.5×10-3、5×10-3、1×10-2三种质量分数的十六烷基三甲基氯化铵/水杨酸钠水溶液为基液,粒子体积分数为0.1%、0.25%、0.5%、1.0%的铜纳米流体的剪切黏度、零剪切黏度以及松弛时间的测量,实验结果表明VFBN有明显的剪切稀变特性,同时纳米粒子的添加增大了基液的零剪切黏度,并导致基液黏弹性增强。以Giesekus本构模型为理论基础,利用实验参数得到了描述VFBN剪切黏度的实验关联式。     

阳离子型表面活性剂与聚合物复配体系协同减阻作用

为探究阳离子型表面活性剂和聚合物复配体系的协同减阻作用,以阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）和聚合物聚丙烯酰胺（PAM）为研究对象,设计搭建多功能湍流减阻实验测试装置,实验分析聚合物离子类型对复配体系协同减阻的影响,优选复配体系,进一步研究复配体系协同减阻作用随表面活性剂浓度、聚合物浓度、温度的变化规律。实验结果表明：CPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>AmPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>NPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>APAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用。CPAM-CTAC/NaSal复配体系的协同减阻作用在CTAC/NaSal浓度达到聚合物饱和浓度（PSP）0.3g/L时到达顶峰,平均减阻效率高达69.22%;当CTAC/NaSal浓度增加至0.5g/L后,平均减阻率迅速减小至10.08%,复配体系的临界广义雷诺数亦迅速降至7535.20,抗剪切性减弱。随着CPAM浓度由0.05g/L增加到0.2g/L,减阻破坏区减阻率可由9.08%增加至57.49%,临界广义雷诺数由31272.43增加到45033.36,抗剪切性增强;当CPAM浓度超过第二临界缔合浓度（CAC Ⅱ）0.15g/L后,减阻破坏区减阻率增加趋势及抗剪切性增强趋势均变缓。此外,相较于单一减阻剂,复配体系耐温性显著增强,55℃时最大减阻率增至69.05%。     

聚丙烯酰胺水溶液的流变特性

通过测定聚丙烯酰胺(PAM)水溶液不同状态下的表观黏度,研究了质量浓度、剪切速率和温度对PAM溶液流变特性的影响。结果表明,在浓度范围1.0～4.0 g/L时,PAM溶液表观黏度随浓度的增加呈线性递增。在浓度范围2.0～4.0 g/L时,PAM溶液表现为假塑性流体特性,其表观黏度随剪切速率的升高而降低,且两者的对数值呈线性关系,非牛顿指数n随稠度系数K的增加而降低;溶液表观黏度随温度的升高而降低,其黏流活化能约为10 kJ/mol。PAM溶液表现为明显的正触变性。     

壁面微沟槽与表面活性剂耦合对管道中湍流减阻特性的影响

通过矩形管道压降实验研究了壁面微沟槽和表面活性剂的减阻性能及联合减阻的增益效果,用粒子成像测速仪分析了流场特性。实验所用的微沟槽为3种不同结构的顺流向V形沟槽,表面活性剂为十六烷基三甲基氯化胺(CTAC),水杨酸钠(NaSal)作为补偿离子。结果表明,壁面微沟槽和表面活性剂溶液均有减阻效果,二者耦合后减阻率进一步提升,最高减阻率为48.26%。微沟槽的减阻性能主要作用在近壁区,通过影响边界层平均流速、速度脉动强度和涡结构,减少表面活性剂的湍动能损耗。当超过表面活性剂的临界雷诺数后,沟槽尖端的高剪切力会加剧胶束结构分解。表面活性剂能抑制湍流涡的演变,扩大微沟槽有效减阻的雷诺数范围。     

黏弹性流体基纳米流体流变学特性

黏弹性流体基纳米流体（viscoelastic fluid based nanofluid,VFBN）是一种具有湍流减阻和对流换热相对强化特性的新型换热工质,其湍流减阻机理与流变学特性关系密切。通过对以2.5×10^-3、5×10^-3、1×10^-2三种质量分数的十六烷基三甲基氯化铵/水杨酸钠水溶液为基液,粒子体积分数为0.1%、0.25%、0.5%、1.0%的铜纳米流体的剪切黏度、零剪切黏度以及松弛时间的测量,实验结果表明VFBN有明显的剪切稀变特性,同时纳米粒子的添加增大了基液的零剪切黏度,并导致基液黏弹性增强。以Giesekus本构模型为理论基础,利用实验参数得到了描述VFBN剪切黏度的实验关联式。     

温度和剪切协同作用对十六烷基三甲基氯化铵溶液表观黏度的 影响

深入研究表面活性剂的流变特性，对于理解湍流减阻机理和改进制药、化工等领域的产品质量具有重要意义。本文研究了相同升温速率、不同剪切速率以及相同剪切速率、不同升温速率对阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）溶液表观黏度的影响。研究表明：当温度较低时，剪切速率对表面活性剂溶液表观黏度的影响起主导作用；随着温度的升高，高温对胶束的影响增强导致溶液在高温处出现剪切稀化现象。当浓度为0.3125mmol/L时，溶液临界温度随剪切速率的升高保持恒定；但当浓度升高至0.6250～1.2500mmol/L时，在高温和高剪切的作用下，黏度曲线出现“平台”和短暂的增稠现象。对于中等浓度表面活性剂溶液，浓度升高导致蠕虫状胶束出现分支并抑制了“平台”的产生；随着升温速率的增大，胶束结构的响应时间滞后于升温速率，但当γ=150s^?1时，滞后效应减弱，高剪切对胶束结构的破坏占主导作用。     

阳离子Gemini表面活性剂18-3-18/水杨酸钠胶束体系流变和减阻性能研究

为丰富和发展表面活性剂减阻体系,研究了阳离子Gemini表面活性剂丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)(18-3-18)与水杨酸钠(NaSal)组成的新型胶束体系的流变和减阻性能。考察了不同浓度胶束体系的流变特性,讨论了该胶束体系的摩擦阻力系数和减阻率随广义雷诺数的变化关系,并比较了在光滑管及粗糙管中该体系的减阻效果。结果表明,18-3-18/NaSal胶束体系具有良好的黏弹性、触变性和剪切变稀性。随胶束体系浓度增大,减阻效果提高。对18-3-18/NaSal(5 mmol L 1/10 mmol L 1)胶束减阻体系,存在临界广义雷诺数,最大减阻率为78.5%;对18-3-18/NaSal(7.5mmol L 1/15 mmol L 1,10 mmol L 1/20 mmol L 1)胶束体系在光滑管中的最大减阻率可分别达到82.3%和81.7%。该胶束体系在光滑管中的减阻效果优于粗糙管中的减阻效果,表明18-3-18/NaSal胶束是一种新型减阻胶束体系。     

聚丙烯酰胺水溶液管道流动特性研究

采用可控温不锈钢环道对集输管道常见浓度范围内含聚丙烯酰胺水溶液的流动特性进行了室内实验研究。研究结果表明:温度对聚丙烯酰胺溶液压降梯度的影响存在一个临界浓度,在临界浓度后,聚丙烯酰胺溶液的压降梯度随温度的升高逐渐减小,在临界浓度前会出现随温度升高压降梯度增大的现象;压降梯度随聚丙烯酰胺浓度的升高先减小后增大,随流速的降低、温度的升高聚丙烯酰胺溶液的最低压降点后移。减阻率随流速的升高逐渐增大;随流速的降低、温度的升高最高减阻率点后移。聚丙烯酰胺溶液表现出明显的剪切稀释性。通过对实验数据的分析得到了聚丙烯酰胺溶液的增黏特性占主要地位时其混合黏度符合的方程组。     

Rheology on novel viscoelastic trimeric octadecyl zwitterionic surfactant micelle solutions

In this work, a novel trimeric octadecyl zwitterionic surfactant (TOCC) was successfully synthesized. TOCC was compounded with sodium salicylate (NaSal) for an optimized formulation to form viscoelastic micelles. The effects of NaSal concentration, pH, and temperature on the rheological properties of TOCC and TOCC/NaSal micelle solutions were investigated. The flow curves for both TOCC and TOCC/NaSal micelle solutions can be fitted with the Carreau–Yasuda model. Zero shear viscosity of TOCC/NaSal micelle solution increased and then decreased with increasing NaSal concentration, and the same trend was observed for viscoelasticity. Some micelle solutions exhibited significant thixotropy with stress overshoot. The optimal composition of the TOCC/NaSal micelle solution obtained was 5.0/0.5 wt%. Frequency sweep in the form of Cole–Cole plots indicated that the viscoelastic modulus of the TOCC/NaSal micelle solution fitted the Maxwell model at low and medium frequencies. With increasing pH, 5.0 wt% TOCC micelle solution had the maximum zero shear viscosity at pH = 6.9. The steady-state viscosities of different concentrations of TOCC micelle solutions reached their maximum at neutral conditions (pH = 6.5 ~ 7.0). Viscoelastic modulus of 5.0 wt% TOCC and TOCC/NaSal (5.0/0.5 wt%) micelle solutions decreased with increasing temperature, and thermal thixotropy was observed in both micelle solutions. The novel TOCC and TOCC/NaSal micelle solutions enrich the variety of trimeric surfactants and viscoelastic micelle solutions. This study provides a rheological reference for the applications of viscoelastic trimeric surfactants in smart materials and oil fields.     

Combined effects of temperature and Reynolds number on drag‐reducing characteristics of a cationic surfactant solution

The drag‐reducing characteristics in the turbulent channel flow of dilute cationic surfactant solution, cetyltrimethyl ammonium chloride (CTAC)/sodium salicylate (NaSal) aqueous solution, were experimentally investigated in a closed loop fluid flow facility at different temperatures. The mass concentrations of the surfactant solution ranged from 75 to 200 ppm, and the temperatures ranged from 15 to 55°C. The cationic surfactant solution showed a great drag‐reducing ability, which was greatly affected by concentration, temperature, and Reynolds number. It was found that there existed a critical temperature T_c in each solution at different concentrations. Above T_c, drag‐reduction level decreases and reaches the behaviour of water flow without drag‐reducing ability. A new temperature parameters T_f, was proposed, and the difference between T_c and T_f can represent the effective temperature range for the drag reduction at a certain Reynolds number. The variation tendency of T_f and T_c with Reynolds numbers can give the guidance of selecting effective drag reduction range to the practical application in the district heating systems (DHS). It was supposed that temperature and shear stress are two kind of energy applied on the surfactant microstructure, which can be helpful to the surfactant network formation or dissociation depending on their values. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

N,N'-双(十六烷基二甲基)-1,2-二溴化乙二铵盐的合成及黏度行为

采用溴代十六烷与N,N,N',N'-四甲基乙二胺为原料合成了双子表面活性剂———N,N'-双(十六烷基二甲基)-1,2-二溴化乙二铵盐(C16-2-C16.2Br-),通过单因素法考察了原料配比、反应温度和反应时间对目标产物收率的影响,确立最佳合成工艺为:溴代十六烷与N,N,N',N'-四甲基乙二胺摩尔比值为2.1,反应温度为80℃,反应时间为22 h,收率达87.6%。通过红外光谱和核磁共振氢谱对产物结构进行了表征。降低油/水界面张力的测试结果表明,C16-2-C16.2Br-具有很高的界面活性,在质量浓度为0.3 g/L时,仅需23 min即可将界面张力降低至2.6×10-3mN/m。对不同条件下产物水溶液黏度进行了测试,考察了溶液质量浓度、温度和剪切速率对C16-2-C16.2Br-水溶液黏度的影响。发现C16-2-C16.2Br-具有良好的溶液增黏性,随温度和剪切速率的升高,产物水溶液黏度呈现急剧下降后平稳的趋势,表现出优异的耐温耐剪切性能;通过Ostwald-de Wale幂律方程,得出流动指数n<0.6,表明产物属于典型的假塑性流体。     

基于“lock-in”效应的阳离子三联表面活性剂蠕虫状胶束流变性能

以三联阳离子表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(16-4(OH)-16-4(OH)-16)在水杨酸钠(NaSal)及氯化钠(NaCl)作用下形成的蠕虫状胶束为研究对象,向该体系中增溶苯乙烯(S_t)引发聚合,探讨了聚合前后胶束溶液的流变性能。通过表观黏度法研究了16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/NaSal两种体系聚合后溶液的耐温(T)及耐剪切性,并利用流变测试对16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl体系增溶S_t聚合前后溶液性能进行了表征。结果表明:CTAB/NaSal胶束体系中S_t最佳增溶量为0.05 g,T=100℃或剪切90 min,聚合后溶液表观黏度(η_a)分别为66.9、15.5 mPa·s;而16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl胶束中S_t 最佳增溶量为0.10 g,T=100℃且连续剪切90 min后,聚合后溶液的η_a 始终维持在99.1 mPa·s,该体系聚合后稳态模量(G₀)高于未增溶S_t体系,由此说明蠕虫状胶束内S_t聚合物链可以产生对其微结构的“lock-in”效应。     

疏水缔合淀粉制备及其水溶液性质研究

利用氧化还原引发体系,通过反相悬浮聚合技术,合成了疏水缔合淀粉接枝共聚物,研究了其溶液性质。结果表明,在m(淀粉)∶m(丙烯酰胺)∶m(丙烯酸十八酯)=4∶7.4∶0.6时,40℃反应3 h,单体转化率达94.6%,接枝率53.8%,黏均相对分子质量2.23×106;在试样质量浓度为0.3 g/L时,30℃,在去离子水及c(NaC l)=0.20 mol/L盐水溶液中,表观黏度为21.0 mPa.s及25.6 mPa.s,表面张力为56.4 mN/m及48.4 mN/m;在70℃时黏度保持率69%;在剪切速率1/50 s-1时,黏度降低60%。     

Drag reduction in turbulent pipeline flow of mixed nonionic polymer and cationic surfactant systems

Turbulent drag reduction behaviour of a mixed nonionic polymer/cationic surfactant system was studied in a pipeline flow loop to explore the synergistic effects of polymeric and surfactant drag reducing additives. The nonionic polymer used was polyethylene oxide (PEO) at three different concentrations (500, 1000, and 2000 ppm). The surfactant used was cationic octadecyltrimethylammonium chloride (OTAC) at concentration levels of 1000 and 2500 ppm. Sodium salicylate (NaSal) was used as a counter‐ion for the surfactant at a molar ratio of 2 (MR = Salt/OTAC = 2). Relative viscosity and surface tension were measured for different combinations of PEO and OTAC. While the relative viscosities demonstrated a week interaction between the polymer and the surfactant, the surface tension measurements exhibited negligible interaction. The pipeline results show a considerable synergistic effect, that is, the mixed polymer–surfactant system gives a significantly higher drag reduction (lower friction factors) as compared with pure polymer or pure surfactant. The addition of surfactant to the polymer always enhances drag reduction. However, the synergistic effect in mixed system is stronger at low polymer concentrations and high surfactant concentrations. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

金属壁与催化层一体化汽车尾气净化催化剂

开发了用于汽车尾气净化的金属壁与催化层一体化催化剂。该催化剂由金属表面氧化层载体和催化组分所组成。比较了孔径分布、比表面积、催化组分负载量对催化性能的影响 ,并讨论了空速对催化性能的影响。