利用水合物独特的物化性质，如储气密度高、生成产生相变且相变温度高、传热系数低等，可以开发一系列高新应用技术。水合物的研究领域正在不断扩大，已从最初石油与天然气工业中的水合物形成预测与防治扩展到化工、能源和环境保护等领域。对水合物的基础性研究已非常必要，人们采用和提出了各种不同的方法和措施来增加水合物储气量，降低相平衡点，缩短诱导时间，加速水合物的生成。通过实验添加新型添加剂降低水合物溶液的表面张力，从而降低水合物的生成条件，促进水合物的生成，对实验结果进行了分析总结。

1、实验装置与实验方法

实验装置采用芬兰Kibron生产的QBZY-1型全自动表面张力仪，此表面张力仪采用Wilhelmy盘法测定溶液表面张力。当感测铂板浸入被测液体后，铂板周围受到表面张力的作用，液体的表面张力将铂板往下拉。当液体表面张力及其它相关力与平衡力达到均衡时，感测铂板停止向液体内部浸入，此时仪器的平衡感应器将测量浸入液体的深度，并将其转化为液体的表面张力值。

图1为表面张力仪工作系统示意图。硬件方面主要包括样品台、升降系统、数字化测力系统和微处理器。软件方面由控制、分析专用软件经过微处理器的一系列运算，将检测到的微力转化成表面张力值。由LCD数字显示屏实时输出表面张力值，如果需要，可通过RS232接口连接打印机，打印数据或经计算机采集相应数据。该装置结构简单，操作简便，准确性高。

图1表面张力仪系统示意图

2、实验结果及分析

2.1浓度对表面张力的影响

图2为3、5、7、10、12℃下，阴离子表面活性剂CTAB溶液的表面张力随浓度变化示意图。由图2可知，CTAB是比较优良的表面活性剂，在低浓度下就能够显著降低溶液表面张力，在300 mg/kg-1时表面张力达到最低值，之后随浓度增大，表面张力变化不大，因此CTAB的临界胶束浓度CMC即在此浓度范围附近。在所测温度范围内，当CTAB溶液达到CMC以后，表面张力值在14.5～23.5 mN/m之间。随温度变化，表面张力值相差较大。

图2不同温度下CTAB溶液表面张力随浓度的变化

图3为3、5、7、10、12℃下，非离子型表面活性剂P123溶液的表面张力随浓度变化示意图。由图3可知，P123在低浓度下就能够显著降低溶液表面张力，在400 mg/kg时表面张力达到最低值，之后随浓度增大，表面张力变化不大，因此CTAB的临界胶束浓度CMC即在此浓度范围附近。在所测温度范围内，当P123溶液达到CMC以后，表面张力值在40.5～45.5 mN/m之间。随温度变化，表面张力值相差较大。

图4为3、5、7、10、12℃下，本实验自行合成的离子液体［HMIPS］Ss溶液的表面张力随浓度变化示意图。由图4可知，该离子液体溶液不具有明显的表面活性，不能显著降低溶液表面张力。在所测温度范围内，表面张力值在73.6～74.8 mN/m之间。随温度变化，表面张力值相差很小。

图3不同温度下P123溶液表面张力随浓度的变化

图4不同温度下［HMIPS］Ss溶液表面张力随浓度的变化

2.2温度对表面张力的影响

图5不同浓度的CTAB溶液表面张力随温度的变化

图5为100、200、300、500、700、900 mg/kg浓度下，阴离子表面活性剂CTAB溶液的表面张力随温度变化示意图。由图5可知，300 mg/kg溶液的表面张力曲线最低，说明该浓度的溶液表面活性最强。在所测温度范围内，随温度升高表面张力变化较大，整体上表面张力曲线呈波浪状，出现拐点。6条曲线在3℃时均出现最低表面张力值，在5℃附近均出现波峰；100、500和900 mg/kg溶液在7℃附近时出现波谷，10℃附近再次出现波峰；200、300和700 mg/kg溶液在10℃附近出现波谷。

图6为100、200、300、500、700、900 mg/kg浓度下，非离子表面活性剂P123溶液的表面张力随温度变化示意图。由图6可知，随浓度增大，溶液降低表面张力的能力逐渐增大，但各个浓度曲线差值不大，900 mg/kg浓度溶液表面活性最强。在所测温度范围内，整体上表面张力曲线几乎呈直线状，遵循随温度升高而表面张力降低的一般规律，斜率几乎不变，未出现拐点，且相差较大，同一条曲线3℃和12℃表面张力值相差4.2～4.6 mN/m。

图6不同浓度的P123溶液表面张力随温度的变化

图7为100、300、500、700、900、1 200 mg/kg浓度下，本实验自行合成的离子液体［HMIPS］Ss溶液的表面张力随温度变化示意图。在低温区间内300 mg/kg溶液的表面张力曲线最低，说明该浓度的溶液表面活性最强。在所测温度范围内，整体上表面张力曲线遵循随温度升高而表面张力降低的一般规律，但相差不大，同一条曲线3℃和12℃表面张力值相差0.9～1.1 mN/m。

比较以上实验结果发现，其中降低水合物溶液表面张力效果最好的为300 mg/kg CTAB，然后依次为500 mg/kg P123、300 mg/kg［HMIPS］Ss。对于同一种添加剂，其降低溶液表面张力的能力受到浓度以及温度的影响，而其溶液降低水合物生成相平衡条件的最佳浓度与同一温度区间内降低自身表面张力效果最显著的浓度相一致，即一种促进剂溶液，在某浓度及温度下表面张力愈小，降低水合物生成条件愈显著。

图7不同浓度的［HMIPS］Ss溶液表面张力随温度的变化

3、结论

水合物促进技术的研究目前尚未深入，重点在于新型添加剂的开发，通过研究CTAB、P123、［HMIPS］Ss这几种新型添加剂在不同浓度和温度下对水合物溶液表面张力的影响，找到改善水合物生成条件的办法，即降低溶液表面张力从而降低水合物的生成条件，为今后水合物促进技术的研究提供了理论和数据支持。另外，应该了解化学添加剂特殊的分子结构对水合物生成的影响，有针对性地合成新型的水合物生成促进剂。例如合成以HMIPS基团为前体的十二烷基苯磺酸盐（［HMIPS］SDBS），使之同时具有离子液体和表面活性剂的作用机理，相信会比单一添加剂的促进效果更加优良。