离子液体(ILs)通过界面修饰,在油–固分离(在纯状态或溶液中)和油–水分离(在溶液中)过程中表现良好。天津大学化工学院的何林、隋红老师*通过动态和平衡态表征方法研究了IL阳离子,[C8mim] [Br]、[C10mim] [Br]和[C12mim] [Br],与沥青质在油水界面的界面行为。测定了添加或不添加ILs和沥青质的甲苯–水系统的动态界面张力(DIFTs)。发现IL阳离子和沥青质都可以从本体溶液迅速扩散到油水界面,导致竞争性吸附和在界面上的积累。与沥青质相比,阳离子具有更快的扩散能力和更强的界面吸附能力。π-A等温线和原子力显微镜(AFM)的表面探测传播协议及扩散协议表明,ILs阳离子可以形成一个连续的交叉网络,破坏沥青质界面。以VO-79(C50H48O4,MW3)描述沥青质分子,Materials Studio(MS)建立沥青质和离子液体模型,TmoleX(TURBOMOLE)优化沥青质分子和离子液体分子的结构并得到COSMO文件,水、甲苯的结构和COSMO信息由COSMOthermX的数据库获得。通过COSMOthermX的Flatsurf模块计算得到表面自由能。这些结果表明,与沥青质相比,ILs阳离子具有更强的动态扩散和界面吸附性能。
ILs是室温下以液态形式存在的有机熔融电解质。由不同的有机阳离子和不同的有机/无机阴离子组成。ILs具有独特的化学和物理性质,如表面活性、可忽略的蒸气压、高的热稳定性和化学稳定性、不可燃性等。由于这些特性,ILs已广泛应用于燃料脱硫、润滑油添加剂、原油溶解、生物质加工、有机合成与催化介质、电化学、气液吸收、液–液萃取等领域。
在石油工业中,由于ILs具有热稳定性和界面活性,已被用作增强油采收率(EOR)和破乳过程的界面改性剂。Li等人研究了纯离子液体在提取非常规油矿的溶剂中的作用。发现纯净离子液体在将重油与矿物表面分离,停留在油相和沉降固体之间的过程中表现出色。同时,在提高采收率过程中,离子液体起着表面活性剂的作用。结果表明,在353.15 K、100000ppm NaCl等高温高盐度条件下,ILs能稳定工作。实际上,IL的EOR过程主要归因于IL降低了油水界面张力(IFT)和改变了固体表面的润湿性。另一方面,IL也适用于由各种油形成乳液的反乳化。例如,三辛基甲基氯化铵(TOACl)可以用于将不同油质的乳液(例如中油,重油和超重油)中的水除去。结果表明,ILs对乳剂的破乳效果良好,并且油水相分离效果较好。
IL的EOR和破乳过程的效率高度依赖于IL的界面行为,例如动态扩散和界面吸附以及与石油成分的相互作用。实际上,石油中主要的界面活性物质是沥青质,它可以稳定油–水乳状液。然而,有关IL阳离子的动态界面行为及其与沥青质的相互作用的研究报道则很少。
因此,本文研究的目的是(i)获得具有和不具有沥青质的IL阳离子向油水界面的动态扩散行为,以及(ii)了解IL阳离子和沥青质在油水界面的吸附特性。这项工作将为筛选适合的ILs进行EOR和破乳过程的提供了有用的基础信息。
(b) [C8mim]+在VO-79 −[C8mim][Br]溶液界面;
(c) [C12mim]+ 在甲苯−[C12mim][Br] 溶液界面;
以及(d) [C12mim]+ 在VO-79 −[C12mim][Br]溶液界面