3.结果与讨论

3.1.不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面张力

界面张力的大小是评价乳状液稳定性的指标之一，油水界面张力越小，乳状液越稳定。测定了不同质量浓度(0～100 mg/L)沥青质模拟油和模拟水之间的界面张力。图1为不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面张力随时间的变化关系图。可以看出，随着沥青质在模拟油中质量浓度的增加，体系界面张力由46 mN/m逐渐降低到28 mN/m。降低界面张力的能力随沥青质在模拟油中质量浓度的增加而增强。与不含沥青质的二甲苯–煤油溶液相比，沥青质质量浓度低于5 mg/L的体系界面张力降低较小，这是由于沥青质质量浓度较低，在油水界面上的吸附量较少，从而使油水界面张力降低程度较小。沥青质质量浓度大于5 mg/L时，油水界面张力明显降低，即沥青质质量浓度越高时，吸附到界面处的界面活性组分越高，体系界面张力越低。界面张力测定的结果表明，油相中沥青质质量浓度的增加有助于油水乳状液体系的稳定。

图1.不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面张力

3.2.不同质量浓度沥青质模拟油-模拟水体系界面剪切黏度

界面剪切黏度的大小取决于油水界面是否有稳定的膜结构形成，以及成膜分子排列的紧密程度和成膜分子间相互作用力的大小。界面剪切黏度的大小可以反映油水界面膜的强度大小，界面剪切黏度越高，原油乳状液越稳定。

试验测定了不同质量浓度(1～100 mg/L)沥青质溶液与模拟水之间的界面剪切黏度。沥青质模拟油–模拟水体系界面剪切黏度随时间的变化关系如图2所示。随着沥青质质量浓度的增加，界面剪切黏度表现出先增加而后减小的趋势。即沥青质质量浓度为1～5 mg/L时，随沥青质质量浓度增加，油水界面剪切黏度增大；沥青质质量浓度为5～100 mg/L时，随沥青质质量浓度的增加，油水界面剪切黏度降低；沥青质质量浓度为5 mg/L时界面剪切黏度最大。沥青质质量浓度为30、50、100 mg/L时，油水界面剪切黏度均随时间的延长而增加，并且这3种质量浓度下油水界面剪切黏度相差不大，3条曲线近似重合。当沥青质质量浓度大于1 mg/L时，油水界面剪切黏度随时间的延长而增加，在试验测定的时间内未达到平衡；当沥青质质量浓度为1 mg/L时，在同样的转速下界面剪切黏度最小，但是很快达到平衡。

因此，低质量浓度体系(1～5 mg/L)和较高质量浓度体系(10～100 mg/L)沥青质溶液与模拟水间的界面剪切黏度变化规律不同，这与其在溶液及界面上的存在形态不同有关。当沥青质质量浓度为1 mg/L时，油水界面剪切黏度很快达到平衡，这说明沥青质中活性组分很快在油水界面处达到吸附平衡；沥青质质量浓度继续增加到3 mg/L和5 mg/L时，油水界面剪切黏度随剪切时间延长而增大，但一直难以平衡到某一固定值，这说明沥青质中活性组分一直在油水界面处吸附并参与界面膜的形成；沥青质质量浓度介于1～5 mg/L时，油水界面剪切黏度随沥青质质量浓度增加而增加，形成界面膜强度逐渐增强。沥青质质量浓度介于10～30 mg/L时，油水界面剪切黏度随沥青质质量浓度增加而减小，这是由于沥青质质量浓度增加到一定程度时，分子间形成缔合现象，参与形成界面膜的活性组分减少，界面剪切黏度减小，界面膜强度减小；当沥青质质量浓度介于30～100 mg/L时，随沥青质质量浓度增加，油水界面剪切黏度变化不大，这是由于此时沥青质溶液中分子间缔合达到饱和，有足够的沥青质分子参与界面膜的形成，构成了稳定的界面膜。

图2.不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面剪切黏度

3.3.不同质量浓度沥青质模拟油体系粒径分布

采用纳米粒度分析仪测定了不同质量浓度沥青质在二甲苯–煤油体系中的粒径分布形态，测定出的粒径分布如图3(a)和图3(b)所示。由图3(a)可以看出，沥青质质量浓度为1、3、5、10 mg/L时，沥青质粒径分布为单峰形式，且强度较大，说明在对应质量浓度下沥青质溶液中的分子粒径主要集中在对应的峰值范围内，沥青质粒径分布均一，此时吸附在油水界面上的沥青质分子的排列方式为有序排列。沥青质质量浓度较低(1 mg/L和3 mg/L)时，油水界面上吸附的沥青质分子少，沥青质分子在油水界面上排列疏松，界面膜强度低，界面剪切黏度较小；沥青质质量浓度增加到5、10 mg/L时，吸附到油水界面上的沥青质分子增加，沥青质分子在油水界面上排列致密，形成的界面膜强度增加，界面剪切黏度也较高。由图3(b)可以看出，沥青质质量浓度大于10 mg/L时，沥青质粒径分布为双峰形式，且沥青质质量浓度越高，沥青质粒径尺寸越大，粒径分布范围越宽。这是由于沥青质质量浓度增加时，沥青质分子缔合成由一定数量的类似于胶束颗粒的缔合体，沥青质质量浓度越大，缔合体尺寸也越大，缔合体在界面上的吸附排列不如质量浓度为5 mg/L时有序紧密，因此其界面剪切黏度低于质量浓度为5 mg/L沥青质溶液与模拟水间的界面剪切黏度。而且随沥青质质量浓度增加，缔合体尺寸变大，缔合体在界面上的排列不紧密，导致油水界面剪切黏度降低。当沥青质质量浓度大到一定程度(大于20 mg/L)时，沥青质在油水界面处的吸附达到饱和，随沥青质质量浓度增加，油水界面剪切黏度变化较小，即质量浓度为30、50、100 mg/L的沥青质模拟油与模拟水间的界面剪切黏度随测定时间的延长其增加的趋势相一致。粒径分布测定出的结果能很好地解释界面剪切黏度的试验现象。

4.结论与认识

1)不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面张力的变化：随油相中沥青质质量浓度增加，油水界面张力降低。

图3.不同质量浓度沥青质溶液粒径分布图

2)不同质量浓度沥青质模拟油–模拟水体系界面剪切黏度的变化：油相中沥青质质量浓度介于1～5 mg/L时，油水界面剪切黏度随沥青质质量浓度增加而增加；油相中沥青质质量浓度介于10～30 mg/L时，油水界面剪切黏度随沥青质质量浓度增加而减小；油相中沥青质质量浓度介于30～100 mg/L时，油水界面剪切黏度随沥青质质量浓度增加变化不大。

3)不同质量浓度沥青质模拟油体系中，沥青质颗粒的粒径分布呈现2种分布形态：沥青质质量浓度低于20 mg/L时，粒径分布形态为单峰，沥青质粒径分布均一，且沥青质质量浓度增加，沥青质颗粒粒径增大；沥青质质量浓度高于20 mg/L时，粒径分布形态为多峰，且分布范围变宽，沥青质在油相中呈现分子缔合分布状态。