摘要：通过对油类物质按极性和非极性分类,研究磁场改性对油类物质表面张力的影响。结果表明,经过磁场改性后,随着磁场强度的变化,非极性烃油的表面张力升高0.3%～4%,并呈现周期性变化;有利于降低油水界面张力,提高非极性烃油在水溶液中的弥散性能;而极性烃油的表面张力则会有所降低,并与水经过磁场改性后的结果相似。将极性和非极性烃油混合后,当混合物中极性烃油含量较少时,非极性烃油在混合物中占主导地位,经过磁场改性后,混合物表面张力升高;然而随着极性烃油含量的不断增加,极性烃油逐渐取得主导地位,经过磁场改性后,混合物表面张力降低。

引言

自1945年用磁化水减少锅垢形成的专利问世以来，磁场改性技术被世界各国所重视并进行了大量的试验研究，由于实验研究和应用效果重复性较差，有时甚至出现负效应，加之理论研究滞后，20世纪70年代研究一度陷入低潮。

20世纪80年代以来，由于磁场改性技术在理疗方面取得显著的效果，引起了科学家的重视，随着各个领域深入细致地研究，在20世纪90年代初，磁场改性技术开始大规模应用于石油注水开采和输运中，并取得了良好的经济效益。关于油类产品磁场改性的研究工作也随之展开。由于大多数研究工作都是针对性的，没有总结出规律性的结论，因此，对磁场改性油类产品效果的评价也是不尽相同。如有的学者认为，烃油经过磁场改性后，可以提高烃油表面张力，从而降低油水界面，提高烃油在矿浆中的弥散性能；有的学者则认为，经过磁场改性后，燃料油的表面张力、闪电和燃点都会降低，有利于提高液体燃料利用率，并降低对环境的污染。

为了解决磁场改性技术重复性差和试验结果差异大的问题，作者将油类产品按极性和非极性分类，并将极性与非极性烃油按比例混合，研究总结出磁场改性对油类产品表面张力影响的一些规律。

1、试验部分

1.1试剂与仪器

试验油样主要为具有非极性的柴油，用于验证的煤焦油具有极性的异氟酸酯。磁化装置为美国德州仪器公司生产的1-L型等磁力实验室分离器。

1.2磁场改性过程

采用流动磁场改性法。

磁场改性过程为首先关闭送料漏斗的活塞，将100 mL试验油样加到送料漏斗中，调节电流控制磁场强度为试验值，然后打开活塞使油样通过磁极，在接管口接收磁化后的油样，装置示意图如图1所示。

图1磁场改性装置示意图

1.3性能表征

采用最大拉力法测定试验油样表面张力以及界面张力，采用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量表面张力仪表征装置。

2结果与讨论

2.1磁场强度对非极性油表面张力的影响

由磁场强度对非极性油表面张力的影响(图2)可知，使用过磁场改性后，非极性烃油的表面张力可以高，经过检验验证所得结果与之相同，幅度在0.3%~3.7%之间，并且呈现周期性波动。虽然磁化装置的最大有效磁场强度仅能达到1.6 T，但是分别连接各个连续周期的波峰和波谷，可得到2条关于波峰和波谷的曲线。将得到的2条曲线按其发展趋势延伸，2条曲线相交，相交后成1条直线，表明当磁场强度达到一定值后，非极性烃油的表面张力不再随磁场强度的升高而变化，而是保持一稳定值。

图2磁场强度对非极性油表面张力的影响

2.2非极性烃油的表面张力对其在水中弥散性能的影响

由Girifalco-Good理论可以知道界面张力为：

式中，γ₁₂为油水界面张力；γ₁为水表面张力；γ₂为非极性烃油表面张力；k为修正系数，水不与水形成氢键的k值一般在0.51~0.78之间。滴体积法测界面张力的基本原理是：设存在2种不相溶液体，液体1的密度大于液体2，液体1自毛细管滴头缓慢滴落于液体2中，所成液滴大小与液体1、2间的界面张力、密度差和所悬此液滴的毛细管滴头半径的关系为：

γ₁₂=(ρ₁-ρ₂)Vg/(2πrb)

式中：ρ₁为水的密度，ρ₂为非极性烃油的密度，V为油滴的体积，g为重力加速度，r为毛细管滴头半径，φ为修正系数。

由式(1)和(2)可以知道，油水界面张力随着非极性烃油表面张力的增加而降低，油水界面张力与非极性烃油的表面张力成其的体积成反比。因此，非极性烃油在水中形成油滴，其在水中形成油滴的体积就越小，说明其在水中的弥散性能越好。

2.3磁场对极性油表面张力的影响

由磁场对极性油表面张力的影响结果(图3)表明，经过磁场改性后，8种极性烃油(除酯类为试验结果外其余结果皆为文献提供)的表面张力会降低，这与非极性烃油的结果相同的结果相反，说明与水溶液酸化后所测得改性烃油相比，由该极性物质经过磁场作用后，表面张力均有可能降低。

图3磁场强度对极性烃油表面张力的影响

2.4磁场对极性与非极性烃油混合物表面张力的影响

由磁场对极性与非极性烃油混合物表面张力的影响(图4)可以知道，当非极性油占主导地位时，经过磁场改性后，混合物表面张力升高；随着极性烃油含量的不断增加，极性烃油在混合物中占主导地位，经过磁场改性后，混合物表面张力降低。这就能很好地解释，为什么研究结果对油水物质经过磁场改性后表面张力会升高或下降说法不一，以及试验结果重复性差，其主要原因是来自不同生产厂家的油样中极性和非极性烃油的含量不同造成的。

图4磁场强度对混合物表面张力的影响

3结论

1)经过磁场改性后，非极性烃油的表面张力会升高，并且呈周期性变化，当磁场强度达到一定值后，非极性烃油的表面张力可能会保持不变。随着非极性烃油表面张力的增加，油水界面张力不断降低，非极性烃油在水中的弥散性能越来越好。

2)经过磁场改性后，极性烃油的表面张力会降低。

3)由于油类多属于混合物，其中极性烃油与非极性烃油含量的多少，会影响磁场改性的结果，当油类产品中非极性烃油占主导地位时，经过磁场改性后，油类产品的表面张力会升高；反之，油类产品的表面张力会降低。