[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

本發明屬于表面化學領域，具體涉及一種測定氧化物表面化學基團數密度的方法。本發明通過測定等電點下接觸角數據計算氧化物單位面積表面上化學基團數量，利用氧化物表面zeta電位數據計算出氧化物單位面積表面上帶電化學基團數量，該方法能測定氧化物表面上不同類型帶電化學基團數密度。

技術領域

本發明屬于表面化學領域，具體涉及一種測定氧化物表面不同類型化學基團數密度的方法。

背景技術

砂巖油藏巖石主要由石英(二氧化硅)組成，表面上化學基團種類和數量決定了巖石與水、油、化學劑分子間的相互作用力大小，從而不僅決定了巖石表面潤濕性，而且影響化學劑吸附損失量。另一方面，氧化物(二氧化硅、二氧化鈦等)納米顆粒由于表面含羥基，作為一種重要的無機功能材料，有著廣泛的應用領域。由于納米氧化物顆粒表面極性大，在有機介質/水中難以有效分散，限制其發展和應用。對其表面改性處理，能改善其表面性質、提高其性能、擴大應用領域。改性劑通過化學鍵合作用與氧化物表面羥基發生反應，接枝到氧化物表面上，其改性程度與表面基團數量密切相關。

目前固體表面基團評價方法主要有：紅外光譜分析法和滴定法。紅外光譜法只能表征表面基團類型，無法定量評價表面基團數量；滴定法只能測定表面羥基總量(mol·g^-1)，不能區別不同類型帶電化學基團數量，也不能給出單位面積上羥基數量。

因此目前需要一種定量評價氧化物表面單位面積上不同類型帶電化學基團數量的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種定量評價氧化物表面單位面積上不同類型帶電化學基團數量的方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種測定氧化物表面化學基團數密度的方法，

本發明所提供的測定氧化物表面化學基團數密度的方法，包括以下步驟：

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(即單位面積氧化物表面上不帶電基團總數n_total)可以通過下式求取：

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：