微通道内卫星液滴生成机理与惯性分离机制

由于非线性动态特征，液液界面破裂过程常伴随卫星液滴的产生，对基于液滴的微流体技术生产液滴的均一性和精准化目标提出了挑战。阐释了微流体界面失稳的复杂动力学特征，剖析了界面失稳的影响因素，并分析了伴随界面失稳而产生的卫星液滴的现象与原理。结合惯性微流体新概念，总结了卫星液滴的惯性分离机制。展望了卫星液滴生成-惯性微流体分离一体化及其并行化数目放大的构想。相关工作的开展，有利于实现微流体技术生产单分散性液滴的精准化目标，为微流体与复杂流体相关的界面动力学行为与调控夯实基础。     

液液微分散及其用于标准颗粒制备的研究进展

液液分散与液滴生成是化工生产最典型的多尺度动态过程之一，针对该类过程的精准控制是化工研究的难点与重点。近年来，伴随机械微加工与流体微量输运技术的快速兴起，基于微米尺度作用的微化工技术在液液分散与液滴生成的调控中展现出了显著优势，成为化工研究的前沿方向。本文针对近年来在微分散基本规律、微分散动态界面现象与微分散标准颗粒材料等领域的研究进展进行综述：围绕微分散基本规律，介绍了微尺度液滴破碎的主导作用力、液液微分散流型及微分散数值模拟方法；围绕微分散动态界面现象，分析了动态界面张力的变化规律及其影响因素；围绕微分散标准颗粒制备，简述了微分散颗粒制备的主流技术及其适用范围。同时，针对相关领域的发展方向进行了展望。     

舞动的液滴：界面现象与过程调控

液滴动态行为的调控在包括微化工、相变传热、喷雾冷却、农药喷洒、微流控芯片等领域都具有广泛的应用。液滴润湿过程包含着复杂的固液界面现象,借助界面效应对液滴动态行为进行调控是液滴调控领域的热点方向。将围绕多尺度润湿、界面结构驱动的液滴动态行为等过程中的若干科学问题进行综述。首先介绍了多尺度表面润湿基本理论,讨论了核化过程、液滴多尺度润湿、液滴弹跳和液滴多向迁移过程及液滴撞击固体表面过程中的固液界面作用机理,并展现了液滴动态调控在相变传热、喷墨打印、农药喷洒和微流控等工业过程的调控作用、应用以及主要发展趋势和方向。     

舞动的液滴:界面现象与过程调控

液滴动态行为的调控在包括微化工、相变传热、喷雾冷却、农药喷洒、微流控芯片等领域都具有广泛的应用。液滴润湿过程包含着复杂的固液界面现象,借助界面效应对液滴动态行为进行调控是液滴调控领域的热点方向。将围绕多尺度润湿、界面结构驱动的液滴动态行为等过程中的若干科学问题进行综述。首先介绍了多尺度表面润湿基本理论,讨论了核化过程、液滴多尺度润湿、液滴弹跳和液滴多向迁移过程及液滴撞击固体表面过程中的固液界面作用机理,并展现了液滴动态调控在相变传热、喷墨打印、农药喷洒和微流控等工业过程的调控作用、应用以及主要发展趋势和方向。     

复杂流体-固体界面相互作用热力学机制

具有复杂结构的纳微界面往往是界面复杂作用和宏观实验现象的主导因素。要准确描述界面处复杂流体的行为,需要引入能描述复杂流体-固体界面相互作用的分子热力学模型。本综述围绕分子热力学模型化方法拓展至纳微界面传递问题,提出“分子热力学建模+分子模拟+纳微实验”三者有机配合新思路。并针对复杂流体-固体界面相互作用的定量研究,着重综述了作者在热力学建模,分子模拟以及采用原子力显微镜 (atomic force microscopy,AFM) 实验方面的研究进展,创新性地提出将AFM定量化分析作为桥梁,用于构建分子模拟模型,描述复杂界面作用,揭示分子热力学机制,为构建纳微界面传递模型以及分子热力学模型由体相拓展至界面提供了可能。     

复杂流体-固体界面相互作用热力学机制

具有复杂结构的纳微界面往往是界面复杂作用和宏观实验现象的主导因素。要准确描述界面处复杂流体的行为,需要引入能描述复杂流体-固体界面相互作用的分子热力学模型。本综述围绕分子热力学模型化方法拓展至纳微界面传递问题,提出"分子热力学建模+分子模拟+纳微实验"三者有机配合新思路。并针对复杂流体-固体界面相互作用的定量研究,着重综述了作者在热力学建模,分子模拟以及采用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)实验方面的研究进展,创新性地提出将AFM定量化分析作为桥梁,用于构建分子模拟模型,描述复杂界面作用,揭示分子热力学机制,为构建纳微界面传递模型以及分子热力学模型由体相拓展至界面提供了可能。     

微通道内非牛顿流体中液滴生成机理研究进展

微流体技术良好的可控性为制备均一可控的微液滴提供了新的途径,而非牛顿流体因广泛的应用而受到关注。综述了近年来剪切变稀和黏弹性两类典型非牛顿流体中液滴生成机理的研究进展。围绕流动聚焦型和T型微通道两种典型微通道构型,介绍了非牛顿流体分别作为分散相和连续相时液滴生成过程的界面演化动力学,并与牛顿流体液滴生成过程进行了对比,分析了剪切变稀特性和弹性对主液滴和卫星液滴生成的影响。展望了非牛顿流体液滴生成过程待解决的关键科学问题,为进一步的模拟和实验研究提供了借鉴和参考。     

电场对液滴界面张力及动力学特征影响的研究进展

电场是改变液滴界面张力的重要因素,施加不同类型的电场对驱动微流体运动、变形、分裂及合并等行为起着至关重要的作用,该技术广泛用于微液滴操控、电子显示和原油脱水等领域,并具有潜在的应用前景。文中综述了电场作用下微液滴气-液、气-固与液-液交界面张力的变化,分析了与界面张力对微液滴运动学行为影响相关的实验现象及模拟成果;指出电场作用下气-液交界面处表面张力的变化趋势,因实验及模拟方法不同目前仍存在较大争议;探讨了直流电和交流电对电润湿过程液滴铺展的不同影响和液滴形态振荡特征;分析了直流电、交流电及电脉冲对电破乳过程中液滴运动行为的重要作用。总结了电场对液滴界面张力影响研究中存在的问题,并提出了值得进一步深入研究的可能方向。     

伴随化学反应的液液相间传质现象

液液体系中形成动态相间分散层 (IDZ)的观点合理解释了伴随化学反应的传质动力学特性 .研究表明 ,用 3 - (正十二烷基 )胺萃取HCl时发生的萃取速率突变现象 ,可用由于局部反应平衡常数的变化和浓度梯度增长 ,在有机相边界层内形成W/O型IDZ过程予以解释 .添加少量表面活性剂可以改变IDZ的液滴数量与尺度 ,进而显著地改变通过相界面的扩散系数 .如果表面活性剂能够稳定IDZ和 (或 )促进反应剂在液滴表面上的吸附 ,则呈现正效应 ;如果表面活性剂使IDZ的稳定性降低和 (或 )减弱液滴表面对反应剂的吸附 ,则观察到负效应 .上述现象在 2 -羟基 - 5 -辛基二苯甲酮肟萃取和反萃Cu²⁺的过程中得到了证实 .     

气溶胶微滴的蒸发及界面现象

用电动平衡仪和光散射技术研究气溶胶微滴蒸发及其伴随的界面现象.研究的系统有缓慢蒸发的有机物微滴、快速蒸发的水滴和含表面活性剂的水滴.实验结果表明:蒸发速率影响着微滴的温度;表面活性剂显著地降低了水滴的蒸发速率;表面电荷密度的增加会导致微滴的分裂.这些研究结论对控制工业装置中液滴的蒸发和燃烧过程有着重要意义.     

表面活性剂在油水界面的吸附行为

简要介绍了液液界面张力的由来,以及降低油水界面张力在石油工业中的意义;重点介绍了影响表面活性剂降低油水界面张力的因素,包括水相、油相、表面活性剂及使用条件。概括总结了类V型、类L型、类倒L型动态油水界面张力曲线,讨论了不同形状动态界面张力曲线与表面活性剂在油水界面处吸附、解吸行为的关系;简述了界面张力曲线形态间的相互转变。     

XSY-11双子表面活性剂提高采收率应用研究

通过测定双子表面活性剂与原油的界面张力,发现双子表面活性剂在缺碱的条件下,也可以使油水界面张力降低至超低的能力,证明了其对碱的依赖性较小,优于普通表面活性剂.单独使用双子表面活性剂或者与其他表面活性剂协同使用,均可以使多种原油-水界面张力降低至超低范围.对双子表面活性剂溶液浓度等因素对油水界面张力的影响程度进行了分析.发现双子表面活性剂降低油水界面张力的能力主要与表面活性剂和油的性质密切相关.研究了其界面张力行为,发现双子表面活性剂具有比普通表面活性剂较高的界面活性,并且与盐具有很好的协同性,可以在较宽的盐度和表面活性剂浓度范围内降低油水界面张力至超低范围.     

聚合表面活性剂的合成及其应用

综述了近二十年来聚合表面活性剂的合成及主要应用,详细阐述了国内外对低聚表面活性剂在合成、界面吸附和溶液聚集行为方面的研究进展.已有的研究结果表明,中低分子质量的线性聚合表面活性剂不但具有很高的界面活性,可以使原油/水的界面张力达到超低,而且兼具一定的黏度,在三次采油上将具有很大的应用前景.     

A Review of Gemini Surfactants: Potential Application in Enhanced Oil Recovery

Gemini surfactants are a group of novel surfactants with more than one hydrophilic head group and hydrophobic tail group linked by a spacer at or near the head groups. Unique properties of gemini surfactants, such as low critical micelle concentration, good water solubility, unusual micelle structures and aggregation behavior, high efficiency in reducing oil/water interfacial tension, and interesting rheological properties have attracted the attention of academic researchers and field experts. Rheological characterization and determination of the interfacial tension are two of the most important screening techniques for the evaluation and selection of chemicals for enhanced oil recovery (EOR). This review deals with rheology, wettability alteration, adsorption and interfacial properties of gemini surfactants and various factors affecting their performance. The review highlights the current research activities on the application of gemini surfactants in EOR.     

开关表面活性剂及其应用研究进展

综述了开关表面活性剂的开关增溶机理、特性及影响开关因素的研究进展,指出开关表面活性剂不但具有常规表面活性剂的增溶、降低表面张力、乳化、起泡、润湿等作用,而且通过CO2/空气、电化学、光化学、温度、酸碱等"开关"的控制,实现了表面活性剂与疏水性有机物很好的分离。并就开关表面活性剂在实际中的应用前景进行了简要的介绍。     

离子液体表面活性剂的合成与应用(Ⅵ)——离子液体表面活性剂的界面张力

离子液体表面活性剂在油/水界面吸附,降低界面张力。随着疏水烷基链长的增加,降低表面张力的能力增大。吡啶基表面活性剂比咪唑基表面活性剂具有更高的疏水性和降低界面张力能力。在高浓度无机盐存在下,离子液体表面活性剂降低界面张力的能力提高,界面张力可达10~(-2)mN/m,优于传统表面活性剂。     

Progress in research of sulfobetaine surfactants used in tertiary oil recovery

The synthesis of sulfobetaine surfactants and their application in tertiary oil recovery (TOR) are summarized in this paper. The synthesis of sulfobetaine surfactants was classified into three categories of single hydrophobic chain sulfobetaine surfactants, double hydrophobic chain sulfobetaine surfactants and Gemini sulfobetaine surfactants for review. Their application in TOR was classified into surfactant flooding, microemulsion flooding, surfactant/polymer (SP) flooding and foam flooding for review. The sulfonated betaine surfactants have good temperature resistance and salt tolerance, low critical micelle concentration (cmc) and surface tension corresponding to critical micelle concentration (γ_cmc), good foaming properties and wettability, low absorption, ultralow interfacial tension of oil/water, and excellent compatibility with other surfactants and polymers. Sulfobetaine surfactants with ethoxyl structures, hydroxyl and unsaturated bonds, and Gemini sulfobetaine surfactants will become an important direction for tertiary oil recovery because they have better interfacial activity in high-temperature (≥90°C) and high-salinity (≥10⁴ mg/L) reservoirs. Some problems existing in the synthesis and practical application were also reviewed.     

烷基苯磺酸盐表面活性剂的界面性能研究

通过合成碳链长度不同的4种烷基苯磺酸盐表面活性剂,研究了复配表面活性剂质量分数、Na_2CO_3质量分数、正戊醇体积分数对油/水界面张力的影响。结果表明,复配表面活性剂质量分数在0.1%～0.3%范围内,界面张力较低;Na_2CO_3质量分数为0.6%时,界面张力较低,且最低界面张力达到超低(3.1×10~(-3)mN/m);正戊醇的最佳体积分数为1.6%。     

Effects of temperature and time on interfacial tension behavior between heavy oils and alkaline solutions

Heavy oils contain significantly more acidic components than conventional crude oils. Upon contact with aqueous alkaline solutions, water-soluble surfactants are formed in-situ at the interface. These surfactants have the ability to reduce the oil/water interfacial tension to ultra-low values. This work studies the significant effects of time and temperature on the interfacial tension between alkaline solutions and two Canadian heavy oils (Lloydminster and Cold Lake). The results obtained indicate that the time period during which interfacial tension remains ultra-low is just as important as the magnitude of the minimum attainable interfacial tension in determining the potential success of an alkaline flooding process in the field.