天然黏土矿物和腐殖酸对纳米乳化油吸持的实验研究

摘要

为探讨天然黏土矿物及有机质对纳米乳化油在多孔介质中迁移滞留的影响,本文选取高岭石和蒙脱石这两种黏土矿物以及有机质的典型代表腐殖酸,开展了单一矿物、有机质及有机矿质复合物对纳米乳化油的吸持批实验研究,并运用比表面积全分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等技术手段探讨了吸持机理。实验结果表明,介质对纳米乳化油的吸持均符合Freundlich模型;单一矿物及腐殖酸对纳米乳化油的吸持能力表现为:蒙脱石>腐殖酸>高岭石,有机矿质复合样品的吸持能力表现为:蒙脱石-腐殖酸>高岭石-腐殖酸,且均大于其对应的单一样品,出现了“1+1>2”的现象,表明介质组成越复杂,对纳米乳化油的吸持滞留程度越大。进一步分析证实,纳米乳化油主要通过氢键和疏水作用吸持在矿物和腐殖酸表面,表面结构性质是高岭石和蒙脱石吸持过程中的主导因素,因此蒙脱石具有更强的吸持能力,而腐殖酸的吸持主要通过颗粒间聚集作用来实现;对于复合样品,吸持主要通过氢键、配体交换和疏水作用结合来实现。腐殖酸与矿物的复合会增加吸持位点并且增强矿物表面疏水性,从而促进吸持。腐殖酸与纳米乳化油的共吸附和累积吸附作用随着乳化油浓度的升高而增强,从而使得高岭石-腐殖酸的吸持促进作用更强。蒙脱石-腐殖酸随着乳化油浓度的升高,起到“桥梁”作用的腐殖酸和吸持位点的相对减少,使得其促进作用减弱。实验结果为进一步评估纳米乳化油在多孔介质中的迁移滞留奠定了基础。