沥青质与胶质分子结构对油水界面性质的影响

第２５卷第２期 景德镇高专学报

２０１０年６月

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｊｕｎ．２０１０

Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．２

沥青质与胶质分子结构对油水界面性质的影响

徐明进① 李明远 彭 勃 林梅钦 郭继香 陈运藻 谢鹏波

（１、广州工程技术职业学院，广东广州５１００７５；２、中国石油大学化学与工程学院，北京１０２２４９）

摘 要：本论文用红外和紫外光谱等方法，分析比较了胜利和沙特原油中活性组分的结构，测定了胶质和沥青质的界面

张力，并用界面剪切粘度对其界面膜强度进行了表征。结果表明沥青质和胶质的结构和分子量不同，沥青质含有更多的

芳环结构，分子量也比胶质大，界面膜强度比胶质的强，说明界面膜强度与分子结构和分子量大小有关。

关键词：乳状液；沥青质；界面膜

中图分类号：０ ６４８．Ｉ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—８４５８（２０１０）０２—００３７—０３

原油中含有的沥青质、胶质等界面活性物质在油水界面

对胜利原油和沙特原油分离出来的沥青质、胶质和抽余

油，分别进行分子量测定和红外、紫外光谱分析。

１．２．２模拟油与蒸馏水的界面张力

构成的界面膜具有一定强度¨０ Ｊ，可阻止原油乳状液液珠的聚

并，增加乳状液的稳定性。本文对胜利和沙特原油中的活性

组分进行了结构分析，考察了沥青质、胶质结构对界面性

质 】，特别是对界面膜强度的影响，从而为确定乳状液 稳

定机理和破乳脱盐提供理论指导。

在３０℃和常压下测定界面张力。

・ 油水界面张力可由下式计算：

（ 一Ｐｏ）・ ｋ

１ 实验部分

１．１实验仪器和试剂

式中： 、ｐ 、ｐ ．ｙ 分别为甲苯单个液滴体积、蒸馏水密

度、甲苯密度、３０￣Ｃ时蒸馏水与甲苯的界面张力；Ｖｏ 。、Ｐｏ、‰

所用仪器：ＶＰＯ相对分子质量测定仪（西德Ｋｎａｕｅｒ），美国

Ｎｉｅｏｌｅｔ公司的Ｍａｇａｎａ—ＩＲＳ６０Ｅ．Ｓ．Ｐ型傅立叶变换红外光谱

分别为不同油相单个液滴体积、不同水相密度、不同油相密

度、相应体系油水相的界面张力。

１．２．３界面剪切粘度的测定

仪，ＳＶＲ・Ｓ型界面粘弹性仪。

实验所用煤油为用经硅胶吸附除掉界面活性组分后的煤

油，精制煤油中再加入１０％的二甲苯。

１．２实验方法

界面剪切粘度是表征油水界面膜性质的重要参数，它的

大小取决于成膜分子排列紧密程度、成膜分子间相互作用力

大小和是否有结构形成。界面剪切粘度的大小可以反映油水

界面膜的强度 Ｊ。 １．２．１ 原油中沥青质和胶质的分离及其结构分析

本实验用双锥摆旋转法测定界面剪切粘度（也称扭矩

法），根据式（２）即可求出 。

本实验所用的油样为胜利混合原油和沙特原油。所用的

沥青质、胶质组分的分离方案如图１所示。

卵 （ —ｏｏ）（ １一亩） ～ （２）

上式中∞为样品池转动角速度，Ｋ为钢丝的扭力系数１０．３０９０

ｇ・ｅｍ～・ｓ～， 为测定空白样品时锥形测头的偏转角度，０

为加入待测样品后锥形测头的偏转角度，Ｒ 为锥形测头半径，

２．５２８ｃｍ，Ｒ 为样品池的内半径，７．３５８ｃｍ，７ｒ值为３．１４。界面

剪切粘度的单位为ｍＮ・Ｓ・ｍ～。

蒸发溶荆

２实验结果及讨论

２．１ 原油中各组分的分子量的测定及其结构分析

２．１．１ 胶质、沥青质和抽余油的相对分子量测定结果如表１

所示

口

图１沥青质、跤质组分静分离方寰

图１ 沥青质、胶质组分的分离方案

①收稿日期：２０１０—０４—１５

作者简介：徐明进（１９６６一）．男，工程师。博士研究生．从事化工技术研究。

・

３８・ 景德镇高专学报 ２０１０年６月

表１ 原油组分相对分子质量

样品 分子量

胜利原油 沙特原油

知，沥青质、胶质、抽余油三者差别较大。沥青质组分在三个

波段均有吸收峰，而胶质组分和抽余油只有在在２５２～２６５ｎｍ、

２３５～２３８ｎｍ波长段有吸收峰，但胶质的吸收峰高数值最大，

抽余油的最小。这表明沥青质和胶质的芳香类或多环化合物

含量多，而抽余油组分中芳香类或多环化合物含量较少。

表１数据表明原油中沥青质组分分子量最大，抽余油组

综合红外和紫外光谱分析和分子量测定数据可以看出，

分分子量最小，而胶质的分子量略大于抽余油组分。

２．１．２胶质、沥青质和抽余油红外和紫外光谱分析

根据胶质、沥青质和抽余油的红外谱图，各组分吸收频率

与官能团分析结果如下：

（ａ）沥青质：胜利原油的沥青质官能团主要有羰基和苯

基，沙特原油的沥青质主要有苯基和多取代苯基。

（ｂ）胶质：胜利原油的胶质含有羰基和多取代苯基，沙特

原油的胶质含有羰基、苯和多取代苯基。

（ｃ）抽余油：胜利原油抽余油官能团比较少，但沙特原油

的抽余油则比较多。

为了进一步分析比较各原油组分的结构特性，对样品的

红外谱图中甲基和亚甲基在３１２０—２７５０ ｅｍ 范围、羰基在

１７５０—１６５０ ｅｍ 左右、芳环上Ｃ＝Ｃ键在１６５０—１５５０ ｅｍ 左

右的吸收峰面积进行积分，依次用Ａ 、Ａ：、Ａ３表示，Ａ＝Ａ。＋

Ａ ＋ ， ／Ａ和Ａ ／Ａ的相对比值分别表示芳环和羰基含量

的相对值。有关峰面积数据如表２所示。

表２红外光谱峰面积数据表

由表２数据可以看出，抽余油中羰基和芳环的量未测出，

从Ａ３／Ａ和Ａ ／Ａ的相对比值可以看出，胶质中的羰基含量比

较多，而沥青质中的芳环比较多，沙特原油沥青质的芳环含量

比胜利原油沥青质的多。

紫外光谱数据在三个紫外吸收波段的积分数据如表３所

示。

表３胜利、沙中原油组分紫外光谱数据

从紫外分析结果表明，根据各个原油组分在２５２—２６５ｎｍ、

２３５～２３８ｎｍ、２１６～２１８ｎｍ三段紫外光的吸收由实验数据可

沥青质分子量最大，其中含有较多的芳环结构，特别是沙特原

油的沥青质，而胶质中含有较多的羰基，分子量则较小；抽余

油中羰基和芳环含量最小或几乎没有。

图２胜利原油沥青质红外谱图红外谱

图３胜利原油沥膏质糍 谤圈＋

图哇沙特原油沥青质数外谱图

２０１０年第２期 徐明进。李明远等：沥青质与胶质分子结构对油水界面性质的影响 ・３９・

５沙特原油沥裔质 奎壤鼹

２．２沥青质、胶质、抽余油界面张力的测定

实验温度是３０ｃｃ。胜利原油和沙特原油中含水模拟水组

成见表４。

表４ 胜利原油、沙特原油模拟水的组成（单位：ｍｇ・ＬＩ１）

《 ｚ 莹 ≈００啦 舒一量鼍一

离子 Ｋ Ｎａ Ｃａ Ｍ Ｃ１一ＨＣＯｆ

胜利原油模拟水１４６．２ ５１２６．７ ５９７．０ １５０．０ ９ｏ５０．４ ６５５．３

沙特原油模拟水９６５．４ ９５７８．１１０５１．８ ５４２．９ １８９１６．１ ４０９．６

沥青质、胶质、抽余油界面张力的测定结果如表５所示。

表５各体系油水界面张力｛ｍＮ・ｍ ）

从表４—５数据可以看出，沥青质模型油和胶质模型油界

面张力相差不大，沥青质的比胶质的小，抽余油的最大，这说

明胜利原油和沙特原油沥青质的界面活性稍高于胶质的，抽

余油和空白油数据基本相等，即抽余油没有界面活性。这主

要是因为沥青质和胶质中有极性基团，它们的分子具有两亲

性质，而抽余油中基本没有极性基团，因而基本没有界面活

性。

２．３胶质、沥青质和抽余油模拟油的界面剪切粘度

油相为煤油模拟油，水相为模拟水，模拟水组成见表，实

验温度为３０ Ｃ。

胶质、沥青质和抽余油模拟油的界面剪切粘度如图６—８

所示。

由图６、图７和图８可知，在实验条件下，沥青质组分界面

剪切粘度最大，胶质组分的界面剪切粘度介于抽余油组分和

组分一之间。沙特原油沥青质的界面剪切粘度较大，在定剪

切速率下，随时间的延长而增大。

沥青质的分子结构中，含有较多的芳环刚性结构，沥青质

的分子量也比胶质和抽余油的大很多，并且沥青质的界面活

性也较高，因此沥青质能够吸附到油水界面形成较强的界面

膜，因此其其界面剪切粘度最大。沙特原油沥青质由于含有

较多的刚性芳环结构，其吸附到油水界面时形成的界面膜强

度较大。抽余油由于没有界面活性，并且分子量也最小，因此

其形成的界面膜强度最弱，而胶质介于二者中间。

．

Ｅ鼍 嚣８” ０茁 一

口ａ ８ ｎ ｎ口Ｄ ８口口口Ⅱ口０

ｍｄ

图６胜利原油沥青质、胶质、抽余油界面剪切粘度

５ Ｏ 口５口＃口５口５ ０ ５ ０

眦ｍ呲Ⅲ 蝴Ⅲ嗽啊 ㈨ 删

ｊＯ；

图７沙中原油胶质、抽余油组分界面剪切粘度

图８沙特原油沥青质界面剪切粘度

３结论

（１）胜利原油和沙特原油沥青质的分子量最大，抽余油的

最小，胶质的介于二者中问。

沥青质，特别是沙特原油的沥青质，含有较多的芳环；胶

质中含有较多的羰基，而抽余油中则基本不含芳环和羰基。

（２）胜利原油和沙特原油沥青质与胶质的界面活性相差不

大，沥青质的稍大一些，而抽余油则没有界面活性。

（３）活性组分的分子量越大，分子结构中含有较多的芳环

结构，其形成的界面膜强度越大，反之越小。沙特原油沥青质

的界面膜强度最大，其次是胜利原油沥青质的，抽余油的最

小，胶质的介于二者中间。

（下转第４８页）

・

４８・ 景德镇高专学报 ２０１０年６月

其主体，其详细的内涵及实际应用原理放在选修模块中解决，

所以在教学中一定要把握好“度”。

效的教学手段，让学生学习知识点的掌握得到巩固，应用知识

点的能力有所提高。但在选择习题时，一定要注意定位，要适

合相应阶段的学生，以免挫伤学生的积极性，使学生望化学而

生畏。下面以有机化合物为例：

３ 合理把握必修模块授课中的深度及广度

由于在必修模块中，涉及的化学知识点内容多，与实际生

在必修模块中有几个典型的有机化学物，如甲烷、乙烯、

乙醇、乙酸等。它没有上升到类，不要求对有机化合物的结构

活联系比较紧密，但由于课时量很少，这就要求教师必须把握

好授课的深度及广度，力求避免一步到位、内容超前超标，尽

量做到循序渐进、螺旋上升，给学生更多成功的体验，激发学

生的学习兴趣，培养学生积极主动学习化学的学习精神。

和官能团有更多的认识。而选修模块不仅上升到类，而且还

从官能团的角度来分析有机化合物它可能具有的性质，因此

在必修课编制习题时一定要从基础出发，充分调动学生的学

习积极性，使学生有成就感。

如，在必修课期间有一道关于巴豆酸的习题：巴豆酸的结

例如：必修模块中有的内容，而选修模块中没有，如元素

化合物知识、胶体的知识、离子反应、氧化还原反应等。这时

我们要把握好这些知识讲解的难度、深广度，不要求一步达到

高考的考试要求。如必修ｌ中的离子反应、氧化还原反应、

Ｎａ，２０ 的化学性质、铁三角等的教学内容标准如下表。

必修１内容标准 不应涉及的内容

构简式为ＣＨ，一ｃＨ＝ＣＨ－－ＣＯＯＨ，现有①氯化氢②溴水③纯

碱溶液④丙醇⑤酸化的高锰酸钾溶液。试根据其结构特点判

断在一定条件下能与巴豆酸反应的物质组：

Ａ、②④⑤Ｂ、①③④Ｃ、①②③④Ｄ、①②遁）④⑤。

这道题尽管没有严重超纲，但也属于擦边球的题。学生

常见复分解反应、金属 与量有关的反应、与试

离子反应 与酸或盐的置换反应剂滴加顺序有关的反

。 应。

学了乙烯不一定就懂得双键的性质，学了乙酸但很难明白羧

基的性质，因为学生接触的有机物非常少，他对有机物的结构

跟性质的关系没有一个明确的了解，所以做这道题就没有多

大意义。

氧化剂、还原荆、氧化 方程式的配平，利用得

氧化还原反应 反应、还原反应的概 失电子守恒原理进行

念，氧化还原反应的表 复杂反应产物的判断

通过上述分析，说明只有正确处理好必修模块与选修模

块的关系，理解两模块的相同点与不同点，把握好两模块的联

系，才能把课改精神发挥好，把课改目标贯彻到位，使自己的

教学能力有一个较大的提高。

示方法。 和计算等。

Ｎａ２０２的

与Ｈ２Ｏ和ＣＯ２的反应 与ＳＯ２、ＦｅＳＯ４、Ｈ２Ｓ等

化学性质 的反应。

与Ｈ２Ｓ、Ｉ 、ＳＯ２

Ｆｅ ‘ 与

的反应，Ｆｅ２ 与Ｈ２０２、 Ｆｅ 与Ｆｅ、Ｆｅ“与Ｃｌ２

的反应 互转化

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准（实验）［Ｍ］．北

京：人民教育出版社，２００３．

Ｆｅ 的相 ０２、０３、ＨＮ０３、浓

Ｈ２ＳＯ４、ＨＣＩＯ等的反

应。

［２］王磊等．高中化学选修课教与学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，

２００５．

上表中不应涉及的内容可以在以后的教学中加以解决，

就不必在必修１中解决。即使选修课中没有相关内容，也要

预留空间，待学生知识体系形成后，再进行探讨，这样可以达

到事半功倍的效果。

［３］宋心琦．普通高中化学课程标准（实验）［Ｍ］．教科书化学１（必

修）；化学２（必修）．北京：人民教育出版社，２００７．

４准确定位，合理编制习题

在教学过程中，让学生适当地练习一定量习题是一种有

业－ ｊ ｊ譬坐夸ｋ－ｊ － 坐 ｊ ｊ ・－９誓 坐 搴—若｝ § 坐 》 ，９ －鞋坐 ｋ—０ ｒ—啦 ９．・正 ｊ － 盥 ｝螺 ｝— 坐业业毒 坐盛— 业 盛

（上接第３９页）

（７）：９７～ｌＯＯ，

［４］夏立新．沥青质和胶质稳定的油包水乳状液的破乳研究［Ｊ］．油田

参考文献：

［１］周祖康，马季铭．胶体与表面化学原理［Ｍ］．北京大学出版社，４１８

—

化学，２００３，２０（１）：２３—２５．

［５］张荣明，仇念海等．胶质、沥青质对模弘原油乳状液破乳影响的探

索性研究［Ｊ］．大庆石油学院学报，１９９５，１９（１）：５５－５７．

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［２】李明远，甄鹏，昊肇亮，纪淑玲．原油乳状液稳定性研究Ⅵ．界面膜

［６］杨小莉，陆婉珍．有关原油乳状液稳定性的研究［Ｊ】．油田化学，

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特性与原油乳状液稳定性［Ｊ］．石油学报（石油加工），１９９８，１４（３）：１

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５．

［７］李明远．原油乳状液稳定性研究Ⅲ北海原油界面活性组分特性

［Ｊ］．油田化学，１９９７，１４（３）：２３７—２５６．

［３］孙正贵．稠油乳状液及稠油破乳脱水问题［Ｊ】．油田化学，２００８，２５