1.5  pH响应性破乳实验

在60 ℃下，将不同pH的C16A -SiO2降黏剂稳定的稠油乳化液静置8 h，观察自然破乳情况。向静置处理自然破乳24 h后的乳化液中加入少量质量分数为4.0%的NaOH溶液调节乳化液呈微碱性（pH=8），10 min后观察乳液情况。对破乳后的油水混合液中加入适量质量分数为3.6%盐酸调节pH至4.5，使用手持均质机均质（8000 r/min，1 min），稠油重新形成乳化体系。

2 结果与讨论

2.1 结构表征结果分析

2.1.1 FTIR

图1为 Nano-SiO2、 C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)的 FTIR谱图。

从图1可以看出，1063 cm−1处为Si—O—Si键的反对称伸缩振动峰；800和450 cm−1处为Si—O键的对称伸缩振动峰，三组样品中均具有SiO2纳米粒子特征峰；2922和2851 cm−1处为—CH2的不对称和对称拉伸振动峰；1465 cm−1处为—CH2的弯曲振动峰；2957和1375 cm−1处为—CH3的伸缩振动峰和面内弯曲振动峰；720 cm−1处为N—H键的弯曲振动峰，以上特征峰表明，C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)表面存在胺基和碳链片段，已成功制备了C16A-SiO2。 C16A是典型的阳离子表面活性剂，其分子中的N原子含有孤对电子，故能以氢键与酸分子中的氢结合，使胺基带正电荷变成亲水性更强的离子型头基—NH+，加酸后促进反应向正向进行，更多的胺基解离为—NH+。纳米SiO2电子云分布不均，存在带负电的硅氧阴离子(Si—O−)，解离的胺基和硅氧基由于静电作用结合，表面活性剂分子成功接枝在纳米SiO2表面。

2.1.2 TGA

图2为Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)的TG曲线。

从图2可以看出，在35~800℃升温过程中，Nano-SiO2总质量损失5.2%，整体趋势较均匀，主要为其表面的自由水和羟基的脱除。C16A-SiO2升温至100℃时质量开始急剧下降，300℃后逐渐趋于稳定，微商热重峰值温度为185℃，这部分质量损失主要是静电吸附在SiO2表面的C16A受热分解所致。对比C16A-SiO2(pH4.5)、C16A-SiO2(pH7.5)，根据公式计算，C16A-SiO2(pH7.5)的C16A接枝率为10.4%，C16A-SiO2(pH4.5)的C16A接枝率提升到27.3%，这是因为，酸性条件促进C16A解离，更多地吸附在纳米SiO2表面。

2.2 表面性质表征结果分析

2.2.1 表面润湿性

图3 Nano-SiO2(a)和C16A-SiO2(pH4.5)(b)的接触角表征

图3为Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)的水接触角测试图片。从图3可以看出，Nano-SiO2静态水接触角为25.5°，呈亲水性；C16A-SiO2(pH4.5)的静态水接触角升高到83.2°，疏水性加强，这是因为，质子化C16A碳链吸附在SiO2纳米粒子表面，纳米SiO2作为亲水基团，C16碳链作为疏水基团，C16A-SiO2具备表面活性。随着表面疏水性的提升，C16A-SiO2(pH4.5)降低油水界面张力的能力显著增强，更好地吸附至油水界面形成O/W型Pickering乳液。

2.2.2 Zeta电位和电导率

图4 C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同浓度下的Zeta电位和电导率

图5 Nano-SiO2、C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同浓度下的表面张力

图4为C16A-SiO2(pH4.5)和C16A-SiO2(pH7.5)在不同浓度下的Zeta电位和电导率。从图4可以看出，不同浓度的C16A-SiO2(pH7.5)降黏剂溶液Zeta电位在-20 mV左右，电导率几乎为0。这是因为，在pH=7.5的溶液中，C16A质子化程度很低，几乎不具备表面活性。而C16A-SiO2(pH4.5)降黏剂溶液浓度低于1×10−4 mol/L时，电导率随着其浓度的增大而增大，这是因为，调节溶液pH至4.5后，促进了C16A质子化，导致电导率提升；当浓度大于1×10−4 mol/L时，此时超过临界胶束浓度，电导率降低，这是因为，此时，C16A与纳米粒子结合和胶束作用，共同作用导致溶液中自由离子数量减少，降低了电导率。C16A-SiO2(pH4.5)降黏剂溶液Zeta电位随其浓度的增大而提升，浓度为1×10−1 mol/L时Zeta电位达42.5 mV。这是因为，C16A质子化带正电，通过静电作用吸附到带负电的纳米SiO2粒子表面，较强的静电斥力促进乳状液稳定性变强。结合水接触角的提升进一步验证(图3)，C16A-SiO2纳米粒子界面活性提高，能够吸附在油水界面形成稳定的Pickering乳液。

2.2.3 表面张力

图5为C16A溶液和C16A-SiO2降黏剂溶液的表面张力随浓度变化的情况。从图5可以看出，随着表面活性剂溶液浓度逐渐增大，达到104 mol/L时，3种测试溶液均能显著降低溶液的表面张力，此时表面张力显著下降至20~40 mN/m，当溶液pH为4.5时，进一步促进氨基解离，相较于C16A溶液和C16A-SiO2(pH7.5)降黏剂溶液，C16A-SiO2(pH4.5)降黏剂溶液的表面张力略有上升。这是因为，随着C16A表面亲水基团—NH+与 Nano-SiO2的结合导致头基体积增大，进而导致纳米粒子在气液界面的排布间距增大，界面的密度相应降低。