摘要：通過對油類物質按極性和非極性分類,研究磁場改性對油類物質表面張力的影響。結果表明,經過磁場改性后,隨著磁場強度的變化,非極性烴油的表面張力升高0.3%～4%,并呈現周期性變化;有利于降低油水界面張力,提高非極性烴油在水溶液中的彌散性能;而極性烴油的表面張力則會有所降低,并與水經過磁場改性后的結果相似。將極性和非極性烴油混合后,當混合物中極性烴油含量較少時,非極性烴油在混合物中占主導地位,經過磁場改性后,混合物表面張力升高;然而隨著極性烴油含量的不斷增加,極性烴油逐漸取得主導地位,經過磁場改性后,混合物表面張力降低。

引言

自1945年用磁化水減少鍋垢形成的專利問世以來，磁場改性技術被世界各國所重視并進行了大量的試驗研究，由于實驗研究和應用效果重復性較差，有時甚至出現負效應，加之理論研究滯后，20世紀70年代研究一度陷入低潮。

20世紀80年代以來，由于磁場改性技術在理療方面取得顯著的效果，引起了科學家的重視，隨著各個領域深入細致地研究，在20世紀90年代初，磁場改性技術開始大規模應用于石油注水開采和輸運中，并取得了良好的經濟效益。關于油類產品磁場改性的研究工作也隨之展開。由于大多數研究工作都是針對性的，沒有總結出規律性的結論，因此，對磁場改性油類產品效果的評價也是不盡相同。如有的學者認為，烴油經過磁場改性后，可以提高烴油表面張力，從而降低油水界面，提高烴油在礦漿中的彌散性能；有的學者則認為，經過磁場改性后，燃料油的表面張力、閃電和燃點都會降低，有利于提高液體燃料利用率，并降低對環境的污染。

為了解決磁場改性技術重復性差和試驗結果差異大的問題，作者將油類產品按極性和非極性分類，并將極性與非極性烴油按比例混合，研究總結出磁場改性對油類產品表面張力影響的一些規律。

1、試驗部分

1.1試劑與儀器

試驗油樣主要為具有非極性的柴油，用于驗證的煤焦油具有極性的異氟酸酯。磁化裝置為美國德州儀器公司生產的1-L型等磁力實驗室分離器。

1.2磁場改性過程

采用流動磁場改性法。

磁場改性過程為首先關閉送料漏斗的活塞，將100 mL試驗油樣加到送料漏斗中，調節電流控制磁場強度為試驗值，然后打開活塞使油樣通過磁極，在接管口接收磁化后的油樣，裝置示意圖如圖1所示。

圖1磁場改性裝置示意圖

1.3性能表征

采用最大拉力法測定試驗油樣表面張力以及界面張力，采用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量表面張力儀表征裝置。

2結果與討論

2.1磁場強度對非極性油表面張力的影響

由磁場強度對非極性油表面張力的影響(圖2)可知，使用過磁場改性后，非極性烴油的表面張力可以高，經過檢驗驗證所得結果與之相同，幅度在0.3%~3.7%之間，并且呈現周期性波動。雖然磁化裝置的最大有效磁場強度僅能達到1.6 T，但是分別連接各個連續周期的波峰和波谷，可得到2條關于波峰和波谷的曲線。將得到的2條曲線按其發展趨勢延伸，2條曲線相交，相交后成1條直線，表明當磁場強度達到一定值后，非極性烴油的表面張力不再隨磁場強度的升高而變化，而是保持一穩定值。

圖2磁場強度對非極性油表面張力的影響

2.2非極性烴油的表面張力對其在水中彌散性能的影響

由Girifalco-Good理論可以知道界面張力為：

式中，γ??為油水界面張力；γ?為水表面張力；γ?為非極性烴油表面張力；k為修正系數，水不與水形成氫鍵的k值一般在0.51~0.78之間。滴體積法測界面張力的基本原理是：設存在2種不相溶液體，液體1的密度大于液體2，液體1自毛細管滴頭緩慢滴落于液體2中，所成液滴大小與液體1、2間的界面張力、密度差和所懸此液滴的毛細管滴頭半徑的關系為：

γ??=(ρ?-ρ?)Vg/(2πrb)

式中：ρ?為水的密度，ρ?為非極性烴油的密度，V為油滴的體積，g為重力加速度，r為毛細管滴頭半徑，φ為修正系數。

由式(1)和(2)可以知道，油水界面張力隨著非極性烴油表面張力的增加而降低，油水界面張力與非極性烴油的表面張力成其的體積成反比。因此，非極性烴油在水中形成油滴，其在水中形成油滴的體積就越小，說明其在水中的彌散性能越好。

2.3磁場對極性油表面張力的影響

由磁場對極性油表面張力的影響結果(圖3)表明，經過磁場改性后，8種極性烴油(除酯類為試驗結果外其余結果皆為文獻提供)的表面張力會降低，這與非極性烴油的結果相同的結果相反，說明與水溶液酸化后所測得改性烴油相比，由該極性物質經過磁場作用后，表面張力均有可能降低。

圖3磁場強度對極性烴油表面張力的影響

2.4磁場對極性與非極性烴油混合物表面張力的影響

由磁場對極性與非極性烴油混合物表面張力的影響(圖4)可以知道，當非極性油占主導地位時，經過磁場改性后，混合物表面張力升高；隨著極性烴油含量的不斷增加，極性烴油在混合物中占主導地位，經過磁場改性后，混合物表面張力降低。這就能很好地解釋，為什么研究結果對油水物質經過磁場改性后表面張力會升高或下降說法不一，以及試驗結果重復性差，其主要原因是來自不同生產廠家的油樣中極性和非極性烴油的含量不同造成的。

圖4磁場強度對混合物表面張力的影響

3結論

1)經過磁場改性后，非極性烴油的表面張力會升高，并且呈周期性變化，當磁場強度達到一定值后，非極性烴油的表面張力可能會保持不變。隨著非極性烴油表面張力的增加，油水界面張力不斷降低，非極性烴油在水中的彌散性能越來越好。

2)經過磁場改性后，極性烴油的表面張力會降低。

3)由于油類多屬于混合物，其中極性烴油與非極性烴油含量的多少，會影響磁場改性的結果，當油類產品中非極性烴油占主導地位時，經過磁場改性后，油類產品的表面張力會升高；反之，油類產品的表面張力會降低。