2結(jié)果與討論

2.1納米SiO2/SDS分散體系的穩(wěn)定性

2.1.1 SiO2的含量、離子組成對(duì)SiO2/SDS體系穩(wěn)定性的影響

利用沉降法和濁度法分析分別用NaCl鹽水、模擬地層水配制的不同納米SiO2含量的納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性，濁度法測(cè)試結(jié)果如圖1所示。用NaCl鹽水配制的SiO2/SDS體系在靜置15 d時(shí)，僅納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的體系出現(xiàn)了輕微的渾濁，而其它體系均保持澄清透明；當(dāng)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，SiO2/SDS體系的濁度隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)稍有增大，其它體系的濁度幾乎不隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，且均小于15 NTU。由此可見(jiàn)，用NaCl鹽水配制的納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性良好。

圖1納米SiO2/SDS體系的濁度隨時(shí)間的變化（SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%）

用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系經(jīng)歷了澄清透明-渾濁-沉降的3個(gè)階段，靜置初始，納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的體系的濁度不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，表明此時(shí)體系穩(wěn)定；靜置1 h后，濁度明顯增加；靜置6 h后，體系的濁度又恢復(fù)到了初始值，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的是樣品上半部分的濁度，說(shuō)明此時(shí)體系已經(jīng)完全沉降。

分別利用沉降法和濁度法得到了用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系出現(xiàn)渾濁和沉淀的時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表1。兩種實(shí)驗(yàn)方法得到的結(jié)果基本一致，因此接下來(lái)直接用沉降法來(lái)分析pH值對(duì)納米SiO2/SDS體系穩(wěn)定性的影響。從表1可以看出，納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，體系的穩(wěn)定性越差。同時(shí)，對(duì)比NaCl鹽水和模擬地層水中納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SiO2含量相同時(shí)，模擬地層水體系的穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于NaCl鹽水體系的。

表1模擬地層水中納米SiO2/SDS體系出現(xiàn)渾濁、沉淀的時(shí)間（SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%）

DLVO理論認(rèn)為影響膠體穩(wěn)定性的主要因素是膠體顆粒之間的范德華吸引力和靜電排斥力，而Zeta電位是對(duì)顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量。當(dāng)Zeta電位的絕對(duì)值（|ζ|）大于30 mV時(shí)，膠體分散體系有較好的穩(wěn)定性，而當(dāng)Zeta電位在-30和+30 mV之間時(shí)，體系是不穩(wěn)定的。

圖2給出了分別用模擬地層水和NaCl鹽水配制的不同納米SiO2含量的納米SiO2/SDS體系的Zeta電位。當(dāng)納米SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%和1.0%時(shí)，用NaCl鹽水配制的納米SiO2/SDS體系的|ζ|均大于30 mV，因而表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性；而當(dāng)納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，體系的|ζ|略低于30 mV，因此納米SiO2/SDS體系在靜置15 d后才出現(xiàn)輕微的混濁。用模擬地層水配制的納米SiO2/SDS體系的|ζ|均明顯小于30 mV，說(shuō)明體系的穩(wěn)定性差，靜置幾小時(shí)即出現(xiàn)了渾濁和沉淀。納米SiO2帶負(fù)電，金屬陽(yáng)離子Ca2+，Mg2+和Na+等的存在會(huì)壓縮納米SiO2的雙電層，由于Ca2+，Mg2+離子的價(jià)數(shù)高，壓縮雙電層的能力強(qiáng)，導(dǎo)致體系的|ζ|降低，穩(wěn)定性變差，由此可見(jiàn)，要使納米SiO2/SDS分散體系具有良好的穩(wěn)定性，應(yīng)減少體系中二價(jià)Ca2+、Mg2+的含量。

從圖2還可以看出，隨著納米SiO2含量的增加，用兩種鹽水配制體系的|ζ|均不斷降低，且納米SiO2的含量越大，顆粒之間的距離越小，由于布朗運(yùn)動(dòng)相互碰撞聚結(jié)在一起的機(jī)率就越大，因此體系的穩(wěn)定性越差。

圖2納米SiO2/SDS體系的Zeta電位

2.1.2 pH值對(duì)納米SiO2/SDS分散體系穩(wěn)定性的影響

為了解決模擬地層水中納米SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性問(wèn)題，研究了pH值對(duì)體系穩(wěn)定性的影響。未調(diào)節(jié)pH值前，模擬地層水體系的pH值均在8.5左右，此時(shí)體系穩(wěn)定性較差，所以考慮通過(guò)添加少量鹽酸降低pH值來(lái)提高體系的穩(wěn)定性。本文分別研究了納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%、1.0%和1.5%時(shí)，在不同pH值下的SiO2/SDS體系的穩(wěn)定性。當(dāng)納米SiO2/SDS體系的pH值3.5時(shí)，體系靜置15 d仍呈現(xiàn)出澄清或輕微渾濁的狀態(tài)，具有較好的穩(wěn)定性；且總體上來(lái)說(shuō)，pH值越低，體系的穩(wěn)定性越強(qiáng)。

以納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)的體系為研究對(duì)象，分析了不同pH值時(shí)體系的Zeta電位，結(jié)果見(jiàn)圖3。隨著pH值的降低，納米SiO2/SDS體系的|ζ|減小且明顯小于30 mV，但是穩(wěn)定性卻得到了明顯改善。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與傳統(tǒng)的DLVO理論產(chǎn)生了明顯的矛盾，這是因?yàn)镈LVO理論沒(méi)有考慮到短程排斥力的存在。水溶液中顆粒表面形成具有一定彈性的水化膜，當(dāng)兩個(gè)顆粒靠近時(shí)，顆粒表面的水化膜在靠近重疊時(shí)產(chǎn)生一種短程的非DLVO作用力使兩個(gè)顆粒被彈開(kāi)，該作用力稱(chēng)為水化作用力。

圖3在不同pH值下納米SiO2/SDS體系的Zeta電位