油砂水基提取过程中的表面与界面行为研究

The solids wettabitliy is a key factor to determine the oil sands processability using water-based extraction processes. Serious problems were always encountered on recovering bitumen from oil sands in China because of the strong hydrophobicity of solids in the ore. This project is aiming at the core issues of surface wettability alteration to improve the bitumen recovery and froth quality. By studying the synergistic effect of solution pH value, metal ions, surfactants and microbial on the surface wettabitliy of solids, effective way that could well control and alter the solids wettability from hydrophobic to hydrophilic is expected to be obtained. By using atomic force microscope colloid probe technique, interaction behaviors between various particles in the oil sands separation systems will be investigated. Changes of the interaction forces arising from the wettability alteration and/or zeta potential variation will be in situ characterized to clarify the correlations between the oil sands processabitliy and the surface/interface properties of ore components. The targets of this project are to explore a feasible method of controling the solids wettability for improving the oil sands seperation efficiency, strengthen the understanding of some essential issues in the extraction processes, and offer technique support for China's oil sands industry.

固体组分表面的润湿性是决定油砂水基分离效率的关键性因素，我国油砂多属于油润性油砂，在用水基提取技术进行分离时遇到严重问题。本项目针对油砂水基分离过程中的核心问题，研究溶液pH值、金属离子、表面活性物质及微生物等物理化学因素对固体表面润湿行为的协同影响作用，获得固体微粒组分表面润湿性的调控方法，提高油砂水基分离效率。利用原子力显微镜胶体探针技术对油砂水基分离过程中各种微粒间相互作用行为进行研究，原位检测油砂组分表面润湿性及表面zeta电位的变化对微粒间相互作用行为的重要影响作用，揭示油砂组分表面/界面性质与油砂水基分离效率之间的重要关系机制。本项目的开展将加强人们从微观上对油砂水基分离过程中一些本质问题的认识，提供调控油砂微粒组分表面润湿性的方法，提高油砂水基分离的沥青效率，为我国油砂工业提供技术储备。

本项目针对油砂水基分离过程中的核心问题，研究溶液pH值、金属离子、表面活性物质及微生物等物理化学因素对固体表面润湿行为的协同影响作用，获得固体微粒组分表面润湿性的调控方法，提高油砂水基分离效率。利用原子力显微镜胶体探针技术对油砂水基分离过程中各种微粒间相互作用行为进行研究，揭示油砂组分表面/界面性质与油砂水基分离效率之间的重要关系机制。项目主要在以下几个方面获得了重要研究成果：.（1）研究了某油砂的物理化学性质对油砂分离效率的影响作用，发现由于固体组分表面强疏水性及细微粒组分含量过高，导致其水基分离效率极低。通过改进的Dean-Stark溶剂抽提法可实现对该油砂中沥青的提取。. （2）通过设计、制备油砂模型，研究了沥青与固体间水膜中二价金属离子对沥青在固体表面上脱附的影响作用。研究发现，二价金属离子和沥青中的天然表面活性剂对沥青在固体表面上的释放具有协同影响效应。二价金属离子具有阻止或促进表面活性分子在固体和沥青表面上吸附的作用，因而对表面润湿性产生重要影响，进而显著影响了沥青在固体表面上的脱附行为。. （3）利用微生物对油砂进行预处理，发现微生物可以使油砂中固体表面的润湿性由疏水性转变为亲水性，并且能够降解沥青中的重质组分，使沥青粘度大大降低，这些变化显著提高了油砂的分离效率。. （4）通过悬浮聚合法设计、制备了具有光响应性的树脂小球。研究表明，吸油树脂对紫外光的响应特性使得树脂在紫外光照射下对油的释放率提高了5倍，展示了良好的应用前景。. （5）利用原子力显微镜胶体探针技术研究了溶液pH值、金属离子及表面活性物质等物理化学因素对沥青-固体间作用力行为的协同影响作用。研究发现，沥青-固体间的作用力与二价金属离子及表面活性分子的种类、浓度和链长具有重要的相关性，这与金属离子及表面活性分子在沥青和固体表面的吸附方式有关。研究结果对从微观上认识油砂水基分离过程中的相关机制具有重要意义。