超支化表面活性剂乳状液稳定性能研究

摘要：合成了系列HPSA超支化表面活性剂并对其进行了红外和元素分析。从宏观相分离、介观液滴粒度及微观界面膜稳定性3个不同尺度考察取代度、pH值、电解质浓度以及温度对乳状液稳定性的影响规律。结果表明；随着取代度的增加，HPSA的乳化能力呈现先增大后减小的趋势；HPSA具有pH响应，在酸性条件下疏水性较强，碱性环境下亲水性较，可以在较宽的pH值（6-11）范围形成稳定的乳状液；电解质浓度小于1.5?105mg/L时，Na 压缩双电层使得HPSA在油水界面上形成的界面膜强度增加，Zeta电位降低，乳状液稳定性增强；温度主要影响HPSA的分子热运动，使得HPSA形成的乳状液在界面膜上的碰撞几率增大，稳定性降低，乳状液在120℃以下稳定性较好。从微观上看，HPSA分子结构呈刚性，减弱了液滴间碰撞引起的界面膜的变化，在乳状液液滴碰撞过程中， HPSA分子不易随着液膜弯曲而流动；超支化表面活性剂在水溶液中自组装形成不同亲水/亲油性质的胶束聚集体，使其具有较强的增溶乳化原油的能力。     

超支化表面活性剂乳状液的稳定性

以超支化不饱和聚(酰胺-酯)(HP)和琥珀酸单十二酰胺磺酸为原料,合成了系列超支化聚(酰胺-酯)表面活性剂HPSA,并对其进行了FTIR和EA表征。从宏观相分离、介观液滴粒度及微观界面膜稳定性3个尺度考察了取代度、pH、电解质浓度以及温度对HPSA-煤油乳状液稳定性的影响。结果表明,随着取代度的增加,HPSA的乳化能力先增大后减小;HPSA具有pH响应性,在酸性条件下疏水性较强,碱性环境下亲水性较强,可以在较宽的pH范围(6～11)形成稳定的乳状液;NaCl质量浓度小于1.5×105mg/L时,HPSA-4在油水界面上形成的界面膜强度高,Zeta电位低,乳状液稳定性较好;温度主要影响HPSA-4的分子热运动,使其在界面膜上的碰撞几率增大,乳状液在120℃以下稳定性较好。从微观上看,HPSA分子在水溶液中自组装形成不同亲水/亲油性质的胶束聚集体,使其具有较强增溶乳化煤油的能力。     

自由基聚合反应器中多尺度流场的模拟进展

自由基聚合过程中,由于混合、传递及聚合反应的相互作用使得反应器内部存在复杂的多尺度流场,例如宏观尺度的速度、浓度、温度分布,介观尺度的液滴粒径分布,微观尺度的聚合反应速率、聚合物分子量和多分散性指数分布。这些复杂的多尺度流场分布使得聚合反应器的模型化研究成为难题。本文较为系统地介绍了自由基聚合反应器中存在的多尺度现象;简述了微观尺度聚合物性质流场分布的模型化与模拟研究方法;从悬浮聚合和乳液聚合两个方面介绍了介观尺度液滴粒径分布的模拟研究进展;从非理想混合的角度阐述了宏观尺度多相流流场分布的研究进展。最后,本文分析了多尺度模型的耦合求解方法。本综述也有本文作者对这个领域的初步观点,可为聚合反应器的设计、优化和放大提供参考。     

油包水乳状液微观特性进展研究

油包水乳状液的微观特性是影响乳状液稳定性的重要因素。为了降低采出液破乳难度、减小管线运输负担,有必要弄清楚乳状液的微观特性。影响油包水乳状液稳定性的微观因素主要有四部分:乳滴的大小、形状以及分布,乳状液界面张力,界面膜性质和界面剪切黏度。阐述了影响乳滴大小、形状、分布主要因素的研究进展,并简要介绍了乳状液液滴粒径分布的测量方法;报告了油包水乳状液界面张力大小主要影响因素的研究现状;阐述了界面膜的分子密度与机械强度对油包水乳状液稳定性的影响;对乳状液界面剪切黏度的影响因素进行了研究,对界面剪切黏度的研究现状作出评述,并介绍了测量界面剪切黏度的方法。     

多尺度模拟方法及相关软件在电化学教学中的应用

电化学中涉及很多微观、介观和宏观等尺度复杂问题，学生往往难以理解。在实际教学中，教师可以运用多尺度模拟方法来讲解实际电化学过程中的多尺度问题，使学生更加直观地理解和掌握所学内容；同时在课程中引入模拟软件，全面培养学生的设计和实践能力。文章主要从微观、介观和宏观尺度介绍了量子化学模拟、分子动力学模拟和连续介质模型及Materials Studio、COMSOL Multiphysics等相关软件在电化学教学中的应用，以帮助学生深入理解不同尺度上的电化学问题，提高教学质量和效率。     

矿粉微粒制备Pickering乳液降低原油乳状液黏度的研究

采用一种价廉易得的S115型矿渣微粉和羧乙基纤维素、十二烷基苯磺酸钠协同稳定航煤-水乳状液,制备水包油型Pickering乳状液,室温下30 d后乳化指数大于95%,表明其具有很好的稳定性。采用粒度分析、Zeta电位、界面张力及流变性能测试等方法对稳定机理进行了研究,结果表明,矿渣颗粒吸附于油水界面与十二烷基苯磺酸钠协同形成单层或多层颗粒膜,增加了Zeta电位和黏弹性,降低了油水界面张力,导致其稳定性增加。将制备的Pickering乳状液用于稠油乳状液的降黏,结果比不含固体颗粒的普通乳状液具有更好的降黏效果。     

固体颗粒对油水界面性质及乳状液稳定性的影响

采用界面张力仪、表面粘弹性仪和Zeta电位仪,研究了固体颗粒对胜利原油油水界面性质及乳状液稳定性的影响。结果表明,固体颗粒的存在使得油水界面张力及界面剪切粘度增加,O/W型乳状液的稳定性增加,而且随固体颗粒浓度增加,乳状液稳定性增强;在0.21~500μm范围内,固体颗粒粒径减小,其与原油形成的O/W乳状液稳定性增强,乳状液内部油珠表面Zeta电位负值增加。     

气液两相分离的免方程多尺度模拟方法

提出了一种用于模拟气液两相分离过程的免方程多尺度方法, 该方法以格子Boltzmann(LB)模型作为介观仿真器, LB模型进行少量演化步后运用二阶伸缩式投影方法对介观仿真器演化得到的结果进行有效的外推处理, 能够快速准确地获取后续演化步的结果, 从而实现对气液两相分离过程的多尺度模拟研究。对气液分离过程中饱和密度曲线和模型产生的伪速度大小的对比分析表明所提出的多尺度模拟方法能够快速准确地反映气液两相分离过程的宏观特性, 证明了所提方法的准确性和高效性。     

稠油O/W型乳状液微观现象研究

新滩稠油O/W乳状液是由含水较高的W/O乳状液直接转相形成的,利用微观摄像技术对其微观结构进行了研究。研究发现,乳状液中含有一定量的W/O/W液滴,其数量的多少与乳化剂浓度和含水量的大小有一定关系。液滴的形状大多数是等轴球形,既有液滴单个的乳滴存在,又有相互接触的乳滴簇存在,有乳滴形成乳滴簇的过程,也有乳滴簇分离的过程。乳滴大小分布模式基本相似,但对于具体的乳状液来说还是有差别。乳滴的大小分布受乳化剂浓度、油水性质含水量和放置时间等的影响。乳状液随时间表现出的性质主要是其微观结构变化的结果。液滴的大小分布情况和存在方式,在一定程度上影响乳状液的稳定性和流变行为。     

乳化条件对稠油乳状液黏度和稳定性的影响

表面活性剂的使用能够提高乳状液的稳定性并降低稠油的黏度。研究了两性表面活性剂CAB-35和有机碱TEOA的二元体系对稠油黏度和稳定性的影响,考察油水比、温度、搅拌速度对乳状液黏度和液滴平均粒径大小的影响。结果表明,当CAB-35质量分数为0.75%时乳状液黏度最小为17.79 mPa·s;添加TEOA可以提高稠油乳状液的稳定性,分水率达到11.3%,降黏率达到95.24%。随着油水比的增加,乳状液液滴粒径变小,黏度增大,乳状液更稳定。温度升高,乳状液液滴发生聚并,黏度减小,乳状液稳定性变差。随着搅拌速度的增加,能形成较小的液滴,黏度增大,乳状液稳定性增强。     

电化学二氧化碳还原制甲酸催化剂的研究进展

随着日益增长的能源需求,人类社会对于传统碳基化石能源过度依赖,不仅加速了地球上有限能源储备的消耗,还导致大气中二氧化碳(CO₂)不断累积。如何对二氧化碳进行可持续的捕获再利用,实现高效的零碳网络循环,已成为人类亟需解决的重大挑战之一。近年来,使用绿色可持续电力的电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)生产增值化学品成为研究热点。本文首先介绍了CO₂RR的基本电化学反应原理;然后总结了电化学还原CO₂制备甲酸/甲酸盐的主要金属基催化剂,着重介绍了Bi、Sn、In三类金属基催化剂的设计调控策略;进一步概括了电化学相关的原位表征手段,分别介绍了原位光谱技术和原位X射线表征技术;最后对电催化二氧化碳还原研究领域的未来发展进行了展望。     

金属双极板表面改性涂层的评价方法研究进展

理想的质子交换膜燃料电池（PEMFC）用金属双极板需要具备良好的耐蚀性和导电性,表面改性是解决金属双极板耐蚀性和导电性的主要途径之一。本文对金属双极板表面改性涂层的各种性能评价方法进行了归类、介绍、总结。表面改性金属双极板的性能评价方法主要有非原位的电化学腐蚀分析、界面接触电阻测量、表面形貌表征、组分分析以及原位的组装电池评价等,重点介绍了各种方法的基本原理、操作条件、结果分析以及应用情况等,发现电化学腐蚀分析的测试标准不统一、原位评估方法应用较少等问题,提出进一步分析测试参数影响并统一测试标准以及尽可能在电池运行环境中评估金属双极板性能的研究方向,期待后续研究能够尽快完善相关评价标准体系,促进行业规范有序发展。     

Characterization of alloy electrocatalysts for direct oxidation of methanol: new methods

The most active catalysts known for the direct electrochemical oxidation of methanol have a bimetallic or multimetallic composition, which are usually used in practice with the metals dispersed on an inert, electronically conductive support. One of the limitations to understanding the behavior of such catalysts has been the absence of methods for the systematic characterization of these complex materials, eg whether the metals are present in alloy phases, the particle size and surface area of the alloy phases, the surface composition, etc. The purpose of this paper is to review recent developments in characterization methodologies, both in situ and ex situ, and to show how these may be applied to multimetallic electrocatalysts.     

铜负载Y分子筛中Cu物种的表征及分析

综述了铜负载Y分子筛(CuY)中Cu物种表征及分析的研究进展, 重点阐述了近年来X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜分析(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、原位红外光谱(CO-IR和NO-IR)、电子顺磁共振(ESR)等表征方法在CuY中Cu物种的微观结构分析方面取得的进展。还对制备方法对CuY中Cu物种落位和性能的影响进行了综述, 指出综合采用这些表征方法, 得到CuY中Cu物种状态、价态、落位及含量等更加全面、准确的信息, 进而选择合适的制备方法调控CuY中Cu物种存在状态、价态及落位, 制备出性能更佳的CuY是今后发展的方向。     

一步水热法制备电解水析氧反应Ni3S2@Mo2S3高效催化剂

采用一步水热法,由泡沫钼镍合金同时提供钼源和镍源在泡沫钼镍合金表面原位制备了Ni₃S₂@Mo₂S₃,并将其直接作为自支撑电极用于催化碱性介质中的电解水析氧反应（OER）。利用多种表征测试技术研究了样品的形貌、组成、OER电催化性能,结果显示：Ni₃S₂@Mo₂S₃呈纳米板形貌,由六方Ni₃S₂和单斜Mo₂S₃按5∶1的比例复合而成;在1 mol·L^-1 KOH 溶液中,Ni₃S₂@Mo₂S₃催化剂仅需要170 mV过电位就可达到10 mA·cm^-2电流密度（欧姆补偿后）,且在50 h的稳定性测试期间性能基本无衰减,优于贵金属催化剂IrO₂以及文献报道的Ni-Mo基复合催化剂。Ni₃S₂@Mo₂S₃具有优异电催化性能的原因可归于不同过渡金属化合物的协同作用、原位生长自支撑、电化学活性面积大以及液下疏气性等因素。     

非热等离子体催化转化C1分子及其催化剂研究进展

非热等离子体催化具有反应条件温和、启动快和反应器结构紧凑等特点,在C₁分子催化转化领域（如CO₂加氢、甲烷活化、水煤气变换反应和甲醇重整制氢）有着广阔的应用前景。具体来说,等离子体特有的高能电子可在气相中快速活化稳定性极强的C₁分子并生成活性物质,接着与催化剂结合发生表面化学反应,从而实现常温常压下C₁分子的高效转化。然而,等离子体与催化剂之间的协同作用机制以及催化机理极为复杂,仍有待进一步研究。本综述简单介绍了非热等离子体催化转化C₁分子的近期研究进展,重点探讨了适用于非热等离子 体的催化剂研究以及催化机理的高级原位表征。最后,提出了非热等离子体催化转化C₁分子的未来发展方向：①设计并构筑适用于非热等离子体催化的高效催化剂,并研究其构效关系;②发展高级原位表征技术,揭示活性物质的作用机理以及催化机理;③设计并构建高效的等离子体催化反应器,并建立反应器的理论模型和数值模拟方法,科学指导等离子体反应器的设计、优化和放大。     

微流控法可控构建微尺度功能材料

微尺度功能材料的功能取决于材料结构和组分的精确协同匹配,但如何实现微尺度空间上多样化材料结构的精确调控和功能组分的精确协同定位仍是一大挑战。本文综述了微流控法可控构建新型微尺度功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控制备的微尺度相界面体系中材料结构和组分的精确协同匹配来设计构建具有独特结构和功能的微尺度功能材料的新策略。首先介绍了以液滴状和液流状微尺度相界面体系为模板,分别可控构建具有多样化结构的功能微颗粒和微纤维的进展;然后介绍了以微通道受限空间内微尺度相界面体系为模板、原位可控构建微通道膜和功能微阀的进展。今后研究应关注于微尺度相界面体系的结构扩展创新及其规模化制备技术。     

富氧多孔炭的合成及其在电化学储能中的作用

多孔炭在电化学储能器件中具有不可或缺的作用。本文主要介绍了富氧多孔炭材料的物理化学特性、表面含氧官能团的种类及表征方法;总结了富氧多孔炭常见的合成方法并分析了各种方法的优缺点;以超级电容器和锂/钠离子电池为例,阐述了近年来富氧多孔炭材料在储能应用方面的研究进展,探讨了含氧官能团在储能过程中的作用机理;指出了富氧多孔炭应用于电极材料时高比容量与高导电性能相互制约的问题,提出理性设计多孔炭结构中含氧官能团的类型及数量,可以在保持多孔炭电化学稳定性的同时,为多孔炭提供丰富的氧化还原活性位,提高其与电解质的亲和性,从而提升储能器件的能量密度;并展望了含氧官能团原位表征技术的开发与材料先进结构组分的设计等富氧多孔炭储能电极的未来发展方向。     

低共熔溶剂用于萃取分离的研究进展

作为一种新型的绿色溶剂，低共熔溶剂（DES）拥有与离子液体媲美的优良特性，如挥发性小、可设计性等，且具有成本低廉和制备简单的优势，使得DES正逐步替代传统有机溶剂，在萃取分离应用方面得到广泛的关注。本文综述了近年来国内外有关DES在萃取分离方面的研究报道，阐述了DES直接用于液液萃取、在线生成DES的缔合萃取和通过DES分解完成萃取的应用，并分析比较了各过程的特点和存在的问题；介绍了DES在不同萃取体系中的稳定性和DES的回收方法；总结了DES萃取分离体系的理论发展和萃取机理的研究进展；展望了DES用于萃取分离的工业化前景，指出了目前面临的DES理论、萃取机理、循环稳定性等方面的挑战，分析了进一步的研究趋势。     

Aerosol measurement by laser doppler spectroscopy—I. Theory and experimental results for aerosols homogeneous

The basic theory, experimental techniques and results are presented describing a technique for sizing aerosol particles in situ using laser Doppler spectroscopy. Unlike conventional light scattering procedures which use average intensity information, this technique utilizes the Doppler shifted frequency of the scattered light produced by the Brownian motion of the aerosol particles to determine particle diffusion coefficients and size. Experiments were carried out using monodisperse dibutylpthalate aerosols and monodisperse polystyrene latex spheres, in concentrations ranging from 10³ to 10⁶ particles per cubic centimeter. Measured particle sizes were within 10 per cent of the size predicted by conventional light scattering methods for the DBP particles and the reported sizes of the PSL particles. Based on these results it is concluded that laser Doppler spectroscopy can be utilized to accurately measure aerosol particle size in situ.