[發明專利]一種測定氧化物表面化學基團數密度的方法

有效

• 申請號: 201910247563.3
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109991129B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 華朝;張健;唐恩高;薛新生;朱玥珺;楊光;趙娟;孫哲;胡科;王姍姍
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 吳愛琴

1.一種測定氧化物表面化學基團數密度的方法，包括如下步驟：

1)將氧化物研磨成顆粒，將氧化物顆粒與不同pH值水溶液混合，攪拌配制成懸浮液，測定上層懸浮液中氧化物顆粒表面Zeta電位ξ，其中ζ＝0時液體的pH值pH_iep稱為等電點；

2)在等電點條件下，測定水溶液在氧化物表面上的接觸角θ_iep；

3)按Young-Dupre方程Wa＝γ_L+γ_L*cosθ_iep計算等電點處水溶液與氧化物表面間的粘附功W_a，式中γ_L為水溶液表面張力，mN/m；

4)此時氧化物表面上電中性基團數密度通過下式求取：

n_total＝(W_a-W^d)*N_A/E，

式中W^d為粘附功中色散力的貢獻部分，mJ/m²，W^d≈2*(γ₁^d_*γ₂^d)^0.5，γ₁^d、γ₂^d分別是水、氧化物表面能中的色散力貢獻部分；

N_A是指阿伏伽德羅常數，等于6.02×10²³mol^-1；

E是氧化物表面電中性基團和H₂O間相互作用勢能，kJ/mol；

5)根據Couy-Chapman模型，氧化物表面電荷密度由zeta電位實驗數據估算為：

式中ε是水溶液的相對介電常數，ε₀是真空介電常數，k_B是Boltzmann常數，T為實驗溫度，z_i是離子i化合價，e為基本電荷，ζ為氧化物表面zeta電位，σ₀是氧化物表面電荷密度，κ是Debye長度的倒數；

6)氧化物表面電荷密度是由表面上帶電基團數密度(n_±)決定的，氧化物表面上帶電基團的數密度表示為：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：

步驟1)中，所述氧化物為二氧化硅、二氧化鈦或三氧化二鋁；

所述氧化物顆粒的尺寸大小為200目～300目；

所述懸浮液中氧化物顆粒的質量百分數為0.1～1％。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述水溶液為低礦化度水溶液，不含二價陽離子，礦化度5000ppm。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于：步驟4)中，所述E是氧化物表面電中性基團和H₂O間相互作用勢能，基于從頭計算法計算。

5.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于：步驟4)中，所述水溶液表面能中的色散力γ₁^d＝21.8mJ/m²，二氧化硅表面能中色散力γ₂^d＝≈78mJ/m²，二氧化鈦表面能中色散力γ₂^d＝≈92mJ/m²。