CC BY
3ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СВОЙСТВА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
ИЗМЕНЕНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
КОЛЕБАНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДНОГО РАСТВОРА, СОДЕРЖАЩЕГО КОЛЛОИДНЫЕ
ЧАСТИЦЫ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА
Лесин В.И., Сафарова Е.А.
Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, ул. Губкина, 3
v-lesin@inbox.ru
Управление физико-химическими свойствами водных растворов, содержащих примеси коллоидных частиц, с помощью внешних физических воздействий позволяет изменять рН, редокс потенциал, размеры дисперсной фазы, моющие способности и другие свойства водной среды. Такая возможность может служить основой новой технологии регулирования свойствами технических жидкостей без применения химических реагентов.
В результате волновых воздействий (создание напряжения сдвига [1], высокочастотные колебания давления [2], постоянные и переменные электромагнитные поля). возможно разрушение коллективных структур фрактального строения, образованных коллоидными частицами с участием оксидов железа, обладающих каталитическими свойствами. Это выражается в изменении состава органических веществ при низких температурах [3].
При этом возможен выбор наиболее приемлемого типа физического воздействия с учетом особенностей технологии и физико-химических свойств испытуемого водного раствора.
Нагрузка в виде колебаний давлений действует на нефть аналогично воздействию напряжением сдвига (градиента скорости V -G=dV/dx) и приводит к разрушению агрегатов коллоидных частиц нефти, что выражается снижении вязкости [2]. Формула для оценки средней величины скорости сдвига G при частоте колебаний поршня генератора колебаний v, амплитуде колебаний поршня А, характерном размере коллоидной частицы R, предложенная в работе [2], сводится к следующему: G= 0,64vA/Rs
При ультразвуковом воздействии с v = 104гц, при R = 10-4см, A = 10-5см, получаем оценку G = 6,4 • 102с-1.
Как правило, для анализа процессов разрушения агрегатов привлекаются методы спектроскопии малоуглового и динамического рассеяния света, что требует использования оптически прозрачных объектов, содержащих малые концентрации коллоидных частиц. В данной работе исследовались реальные пробы водного раствора, содержащего общее железо в концентрации 20 мг/л выполнено на оптическом микроскопе. Были оценены вариации размеров оптически непрозрачных коллоидных частиц, а также измерены величины ре-докс-потенциала и рН.
Установлено, что после ультразвукового воздействия, сопровождавшегося течением жидкости, средние размеры частиц, имевшие характерную для фрактальных агрегатов форму, уменьшились в размерах с 50-60 мкм до 5-10 мкм. Ультразвуковое воздействие в течение 30 мин при температуре 20°С сопровождалось снижением редокс- потенциала и ростом рН. Такие трансформации являются результатом высвобождения захваченных агрегатами ионов ОН-, адсорбированных на положительно заряженных частицах оксида.
Обнаруженная чувствительность водного раствора к волновым воздействиям открывает возможности изменения коллекторских свойств подземного хранилища газа, управления фильтрационными свойствами пород коллекторов, за счет снижения толщин пленок связанной воды и повышения скорости движения водных растворов в пористой среде.
[1] Sontag R.C., Russel W.B Structure and breakup of flocs subjected to fluidstresses: I. Shear experiments // Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 113, № 2.P. 399-413,1986.
[2] Лесин В.И., Лесин С.В. Влияние колебаний давления на вязкость нефти, содержащей коллоидные частицы. Актуальные проблемы нефти и газа. Вып.1(24), 2019 /doi.org/10.29222/ipng.2078-5712.2019-24.art1
[3] Касаикина О.Т., Писаренко Л.М., Лесин В.И. Коллоидные катализаторы на основе оксидов железа (3).11 Особенности катализированного окисления пальмового масла. Коллоидный журнал, Т. 74, № 4, с. 503-508, 2012 .с.. 399-413, 2012
