Влияние энтропии на зависимость вязкости наножидкостей от температуры и скорости сдвига

Об авторах:

Семихина Людмила Петровна , доктор физико-математических наук, директор центра «БИО и ПАВ», Тюменский государственный университет; semihina@mail.ru

Коровин Даниил Дмитриевич, инженер-исследователь кафедры прикладной и технической физики, Тюменский государственный университет; danil7b@mail.ru

Аннотация:

С помощью ротационного вискозиметра Brookfield DV-II+Pro проведено исследование вязкости 7 образцов концентрированных нанодисперсных систем (наножидкостей) с близкой вязкостью (6-22 мПа ∙ с), частицами дисперсной фазы в которых являются мицеллы ПАВ наноразмерного ряда и конгломераты из них. Установлено, что для 5 из 7 исследованных реагентов наблюдается типичное для дисперсных систем снижение вязкости по мере повышения скорости сдвига, а их кривые течения, то есть зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига, соответствуют идеальному пластичному течению неньютоновских жидкостей и с высокой достоверностью R² ≥ 0,999 описываются уравнением Бингама с малой величиной предельного напряжения сдвига (менее 0,2 Па). Показано, что всем исследованным реагентам свойственно также повышение энергии активации вязкого течения Е по мере увеличения скорости сдвига. В результате типичное для дисперсных систем, в том числе и наножидкостей, снижение вязкости при увеличении скорости сдвига обеспечивается более значительным по сравнению с Е ростом изменений энтропии ΔS. Обосновано, что в зависимости от соотношения между энергией активации вязкого течения Е и изменением энтропии ΔS вязкость концентрированных мицеллярных дисперсных систем по мере повышения скорости сдвига может уменьшаться, не изменяться и увеличиваться. Два последних случая, не типичных для дисперсных систем и наножидкостей, выявлены и исследованы на примере двух деэмульгаторов, РИК-1 и РИК-2, с максимумом очень узкого распределения их частиц по размерам при 160 ± 5 нм, соответствующего размерам особого типа очень стабильных мицелл ПАВ — везикул.

Список литературы:

1. Задымова Н. М. Тяжелая нефть как эмульсия: состав, структура реологические свойства / Н. М. Задымова, З. Н. Скворцова, В. Ю. Траскин и др. // Коллоидный журнал. 2016. Том 78. № 6. С. 675-687.

2. Кондрашева Н. К. Исследование квазитермодинамических параметров активации вязкого течения многокомпонентных углеводородных систем / Н. К. Кондрашева, А. А. Бойцова // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Том 31. № 4. С. 16-18.

3. Кирсанов Е. А. Неньютоновское поведение структурированных систем / Е. А. Кирсанов, В. Н. Матвеенко. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. 384 с.

4. Рудяк В. Я. Современное состояние исследований вязкости наножидкостей / В. Я. Рудяк // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. 2015. Том 10. Вып. 1. С. 5-22.

5. Семихина Л. П. Подобие реологических свойств и фазовых переходов в нефтяных и мицеллярных дисперсных системах / Л. П. Семихина, И. В. Ковалева, Е. В. Демин, Д. В. Семихин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 1. С. 10-26. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-1-10-26

6. Семихина Л. П. Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных и мицеллярных дисперсных систем / Л. П. Семихина, И. В. Ковалева // Известия Уфимского научного центра РАН. 2019. № 2. С. 5-14. DOI: 10.31040/2222-8349-2019-0-2-5-14

7. Семихина Л. П. Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных дисперсных систем / Л. П. Семихина, А. М. Пашнина, И. В. Ковалева, Д. В. Семихин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2018. Том 4. № 3. С. 36-52.

8. Семихина Л. П. Низкочастотная диэлькометрия жидкостей в слабых вихревых электрических полях: автореф. дис. … доктора физико-математических наук / Л. П. Семихина. Тюмень, 2006. 38 с.

9. Смит К. Дипольный момент, диэлектрические потери и молекулярные взаимодействия // К. Смит. Молекулярные взаимодействия / пер. с англ. под ред. Г. Райтчака, У. Орвилла-Томаса. М.: Мир, 1984. С. 306-343.

10. Сюняев З. И. Нефтяные дисперсные системы / З. И. Сюняев, Р. З. Сюняев, Р. З. Сафиева. М.: Химия, 1990. 226 с.

11. Унгер Ф. Г. Фундаментальные и прикладные результаты исследования нефтяных дисперсных систем / Ф. Г. Унгер. Уфа: Изд-во ГУП ИНХБ РБ, 2011. 264 с.

12. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей / Я. И. Френкель Л.: Наука, 1975. 592 с.

13. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии / Г. Шармм; пер. с англ. М.: Колосс, 2003. 312 с.

14. Uriev Naum. B. Technology of Dispersed Systems and Materials: Physicochemical Dynamics of Structure Formation and Rheology / Naum. B. Uriev. Germany: Wiley‑VCH, 2016. 192 pp.