Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ в отношении минералов и горных пород

Авторы патента:

Соловьева Елена Алексеевна (RU)

Иванов Евгений Степанович (RU)

Поставнин Борис Николаевич (RU)

Кудряшов Валерий Викторович (RU)

G01N13/00 - Исследование поверхностных или граничных свойств, например смачивающей способности; исследование диффузионных эффектов; анализ материалов путем определения их поверхностных, граничных и диффузионных эффектов; исследование или анализ поверхностных структур в атомном диапазоне

Владельцы патента RU 2599921:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к способам оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении твердых тел, а именно минералов, природных углей и других горных пород. Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении минералов и горных пород заключается в том, что оценивают смачивающую способность растворов по массе раствора, удерживаемого в порошке капиллярными силами, при этом смачивающие растворы подбирают с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Частицы заливают раствором выше их поверхности, а по прошествии заданного времени раствор сливают и определяют его массу, оставшуюся в сосуде с частицами, удерживаемую капиллярными силами и отнесенную к массе частиц, при этом удерживаемую капиллярными силами массу раствора сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя. Техническим результатом является повышение точности оценки смачивающей способности добавок ПАВ к воде, простота измерения и повышение производительности труда. 2 ил.

Известны способы оценки смачивающей способности жидкостей, в том числе растворов ПАВ, например, методом пленочной флотации [Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. М.: Издательство иностранной литературы. - 1962. - 1132 с.].

Способ обладает большой погрешностью и трудоемок. Для получения результата требуется многократное повторение измерения из-за трудности равномерного нанесения порошка на поверхность раствора и неопределенности в определении времени погружения его в раствор.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на измерении высоты подъема раствора в цилиндрическом сосуде, заполненном частицами и приведенном в контакт с раствором, находящемся в нижней части цилиндра [Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия. - 1974. - 416 с.].

Недостатком данного способа является погрешность измерения высоты подъема раствора, которая обусловлена неравномерностью распределения раствора в объеме частиц и по поверхности фронта жидкости, т.к. между частицами образуются пустоты, раствор поднимается не плоским фронтом, а по отдельным каналам, что не позволяет правильно измерить высоту подъема раствора в порошке, при этом способ требует многократного повторения измерений.

Целью изобретения является повышение точности оценки смачивающей способности добавок ПАВ к воде, простота измерения и повышение производительности труда.

Указанная цель достигается тем, что смачивающую способность растворов оценивают по их массе, удерживаемой в порошке капиллярными силами, при этом берут смачивающие растворы с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Частицы помещают в делительные воронки и заливают раствором выше их поверхности, а по прошествии заданного времени раствор сливают и определяют его массу, оставшуюся в сосуде с частицами, которую относят к массе частиц. Удерживаемую капиллярными силами массу раствора сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для оценки смачивающего действия растворов ПАВ; на фиг. 2 приведена зависимость массы жидкости, удерживаемой углем, от концентрации смачивателя.

На чертеже (фиг. 1) показано устройство, включающее делительную воронку (бюретку) - 1 с насыпанными в нее частицами смачиваемого материала - 2 и краном - 3, закрепленную на штативе - 4, и бюксу - 5 с раствором - 6.

Способ реализуется следующим образом.

В делительную воронку (бюретку) - 1 устройства закрепленную на штативе - 4 (фиг. 1), насыпают массу М частиц смачиваемого материала - 2, определяемую взвешиванием. Частицы смачиваемого материала - 2 заливают предварительно взвешенным раствором смачивателя m₀ с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Раствор заливают в количестве, полностью покрывающем частицы смачиваемого материала - 2. ККМ предварительно определяют, например, методом сталагмометра. По прошествии трех часов раствор через кран - 3 выливают в бюксу - 5 и взвешивают (m₁). Масса Δm раствора, оставшегося в бюретке, это масса раствора, удерживаемого капиллярными силами в смачиваемом материале, которую определяют по формуле:

Δm=m₀-m₁, где

m₀ - предварительно взвешенный раствор смачивателя,

m₁ - масса раствора, отобранного в бюксу.

Характеристикой смачиваемости частиц раствором служит величина m=Δm/М т.е. масса раствора смачивателя, удерживаемая 1 г смачиваемого материала, т.е. m=Δm/М=(m₀-m₁)/M.

Относительной характеристикой смачивающей способности смачивателя является отношение массы m исследуемого раствора к массе m_Эраствора эталонного смачивателя, определенной в той же последовательности: m/m_Э.

В качестве эталонного принимают ДБ - продукт реакции окиси этилена и смеси моно- и дитретбутилфенолов:

(СН₃)₃С-С₆Н₄-O(СН₂СН₂O)_nН и ((СН₃)₃С)₂-С₆Н₃-O(СН₂СН₂O)_nН,

где n в среднем равно 7 [Смачиватель ДБ. ТУ 6-02-530-90].

При m/m_ДБ>1 смачивающая способность исследуемого раствора ниже эталонного, а при m/m_ДБ<1 смачивающая способность исследуемого раствора выше эталонного.

По величинам m/m_э смачиватели сравнивают между собой и устанавливают влияние, влияние концентрации раствора, температуры и времени контакта раствора с частицами породы.

Для растворов исследуемого и эталонного смачивателей время от заливки делительной воронки (бюретки) - 1 до открытия крана - 3 должно составлять не менее трех часов (т.е. время сорбции основной массы смачивателя), а время истечения раствора выбирают равным ~10 минутам.

На фиг. 2 представлены результаты определения смачивающей способности растворов двух смачивателей в отношении природного угля марки Ж с размером фракции от 2,5 до 5 мм.

В результате реализации способа повышается точность измерения смачивающей способности растворов ПАВ порошковых материалов и появляется возможность сравнительной оценки растворов смачивателей в отношении частиц неправильной формы сложного петрографического состава.

Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении минералов и горных пород, заключающийся в приготовлении частиц определенного размера, заполнении ими цилиндрического сосуда, приведении частиц в контакт с раствором ПАВ, отличающийся тем, что смачивающие растворы подбирают с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ), частицы смачиваемого материала погружают в раствор полностью, по прошествии трех часов раствор сливают и определяют оставшуюся в сосуде массу раствора, удерживаемую капиллярными силами и отнесенную к массе частиц смачиваемого материала, по формуле:
m=Δm/М=(m₀-m₁)/M, где
m₀ - предварительно взвешенный раствор смачивателя,
m₁ - масса раствора, отобранного в бюксу после опыта,
М - масса смачиваемого материала,
при этом удерживаемую капиллярными силами массу сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя (m_э), при m/m_ДБ>1 смачивающая способность исследуемого раствора ниже эталонного, а при m/m_ДБ<1 смачивающая способность исследуемого раствора выше эталонного, и по величинам m/m_э смачиватели сравнивают между собой и устанавливают влияние концентрации раствора, температуры и времени контакта раствора с частицами породы, где m_ДБ- продукт реакции окиси этилена и смеси моно- и дитретбутилфенолов.

Изобретение относится к области: получение супрамолекулярных систем. Капиллярно-сталагмометрический способ получения супрамолекулярных систем, при котором беспорядочно расположенные линейные молекулы природного полимера в растворе или синтезированного полимера в расплаве капиллярный канал перестраивает и укладывает в одном направлении.

Способ моделирования движения отдельных фаз многофазного/многокомпонентного потока, проходящего через пористую среду // 2593853

Изобретение относится к способу вычисления или оценки параметров отдельных фаз многофазного/многокомпонентного потока, проходящего через пористую среду с применением трехмерного цифрового представления пористой среды и метода расчетной гидродинамики для вычисления скоростей потока, давлений, насыщений, векторов внутренней скорости и других параметров потока.

Способ определения смачивающей способности водных растворов пористых материалов // 2589767

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей, применительно к различным отраслям промышленности, а также для обоснования рабочей концентрации смачивателей, используемых для тушения пожаров.

Способ регистрации электронных зон заряженной поверхности твердого металла // 2582886

Изобретение относится к области физики твердого тела и предназначено для исследования электронной структуры поверхности металлов. Образец твердого металла приводят в контакт с ионной жидкостью, подводят к ионной жидкости дополнительный электрод, задают с его помощью потенциал образца относительно электрода сравнения, через границу образца с ионной жидкостью пропускают переменный ток фиксированной амплитуды с заданной частотой, регистрируют называемую эстансом производную поверхностного натяжения твердого металла по поверхностной плотности заряда твердого металла, изменяют поверхностную плотность заряда твердого металла путем изменения потенциала образца со временем и получают таким путем осциллограммы эстанса с непрерывной разверткой потенциала в анодном направлении, а также с зигзагообразной разверткой также в анодном направлении, в интервале потенциала, пройденном зигзагообразной разверткой, находят область обратимости эстанса и в этой области на осциллограмме с непрерывной разверткой находят одну или несколько волн эстанса, найденные волны эстанса рассматривают как результат исключения электронных зон поверхности металла по мере уменьшения отрицательного заряда поверхности металла, при этом количество найденных волн эстанса считают равным количеству исключенных электронных зон поверхности металла.

Способ определения поверхностных свойств горных пород // 2582693

Изобретение относится к области исследования горных пород. Техническим результатом является получение дополнительной информации о свойствах нефтеводонасыщенных пород-коллекторов нефти с помощью стандартного петрофизического оборудования.

Способ определения коэффициента взаимной диффузии молекул газов // 2581512

Изобретение относится к области молекулярной физики и может быть использовано для измерения коэффициента взаимной диффузии молекул газов. Способ заключается в том, что диффузионную ячейку в виде прозрачной капиллярной трубки частично заполняют жидкостью, один конец которой плотно закрыт, а другой - остается открытым во внешнюю однородную газовую среду (атмосферный воздух или специальный эталонный газ - стандартный образец с установленными значениями состава).

Способ производства кокса // 2570875

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ производства кокса включает формирование смеси углей путем смешения двух или более типов угля и карбонизацию указанной смеси углей.

Способ демонстрации квантовых осцилляций поверхностного натяжения твердого тела // 2552116

Изобретение относится к способам изучения поверхностных явлений. Из меди и серебра изготавливают электроды, приводят их в контакт с раствором электролита, осуществляют предварительный электролиз с чередованием анодного окисления и катодного восстановления поверхности металла, регистрируют зависимость производной поверхностного натяжения по поверхностной плотности заряда от потенциала электрода, сопоставляют указанные зависимости, полученные на меди и серебре, отмечают в качестве их общих признаков участок ступенчатого спада в анодном направлении, убывание протяженности ступеней вдоль оси потенциала.

Способ определения смачиваемости // 2550569

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в нефтегазовой, химической, лакокрасочной и пищевой.

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов // 2549613

Использование: для исследования процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов в строительной, химической и других отраслях промышленности.

Способ демонстрации самоизоляции металла и расщепления его поверхностного заряда // 2601208

Изобретение может быть использовано для изучения поверхностных явлений. Электрод из исследуемого металла приводят в контакт с ионной жидкостью. Регистрируют эстанс (производная поверхностного натяжения твердого тела по поверхностной плотности заряда) и ток как функции потенциала электрода. Находят ступени эстанса в форме экстремума и перегибов в интервале потенциалов, где зависимость тока от потенциала не имеет ступеней. Оценивают наклон зависимости эстанс-потенциал между ступенями эстанса. Показывают превосходство абсолютного значения этого наклона над единицей, из чего делают вывод о наличии у металла изолирующего покрытия, электрострикция которого дает вклад в поверхностное натяжение твердого тела. Отсутствие изменений тока, соответствующих ступеням эстанса, объясняют расщеплением поверхностного заряда металла изолирующим покрытием на внутреннюю и внешнюю части, имеющие взаимно компенсирующие ступени, причем только внутренняя, ступенчато меняющаяся часть вызывает в изолирующем покрытии электрострикцию, создающую ступени эстанса, тогда как ток обусловлен изменением суммарного заряда, не имеющего ступеней. Изобретение обеспечивает возможность экспериментально показать связь между спонтанным образованием изолирующего покрытия на металле, свободном от окисла, и расщеплением поверхностного заряда металла на две части, разделенные этим изолирующим покрытием. 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ исследования информационной емкости поверхности наноструктурированных материалов // 2606089

Изобретение относится к областям микро- и наноэлектроники, физики поверхности и может быть использовано для исследования информационных характеристик поверхности наноструктурированных и самоорганизующихся твердотельных материалов. Сущность способа заключается в том, что получают изображения исследуемой поверхности с высоким разрешением средствами атомно-силовой микроскопии, вычисляют с помощью метода средней взаимной информации характеристики поверхности, классифицируют исследуемую поверхность по величине энтропии и степени упорядоченности. 1 ил.

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из капиллярно-пористых материалов // 2613191

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициента диффузии растворителей в строительных материалах и конструкциях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из капиллярно-пористых материалов, заключается в создании в исследуемом образце равномерного начального содержания распределенных в твердой фазе веществ, приведении плоской поверхности образца в контакт с импульсным точечным источником дозы растворителя, гидроизоляции этой поверхности и определении времени достижения максимума на кривой изменения ЭДС гальванического преобразователя с расположенными электродами на этой поверхности по концентрической окружности относительно точки воздействия дозой растворителя и расчете искомого коэффициента диффузии. При этом дополнительно осуществляют выдержку образца в атмосфере насыщенных паров растворителя при заданной температуре контроля и определяют равновесную концентрацию растворителя в твердой фазе исследуемого образца. Затем высушивают образец и определяют плотность исследуемого образца в сухом состоянии. После чего импульсное воздействие осуществляют дозой растворителя из диапазона, рассчитываемого по формуле: , где ρ0 - плотность исследуемого образца в сухом состоянии, Up - равновесная концентрация растворителя в исследуемом образце при контакте с насыщенными парами растворителя при заданной температуре, r0 - расстояние между электродами и точкой воздействия дозой растворителя на контролируемое изделие. Техническим результатом является повышение точности контроля и снижение затрат времени и средств на проведение исследований. 2 табл., 1 ил.

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах // 2643174

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Предложен способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов, заключающийся в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя. Затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия дозой растворителя. Затем измеряют изменение во времени сигнала гальванического преобразователя на заданном расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют значения сигнала гальванического датчика в два момента времени и рассчитывают коэффициент диффузии. Причем измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала гальванического преобразователя Еmax, составляющего 0,75-0,95 от максимально возможного значения данного сигнала Ее, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния. Фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического датчика Е1 и Е2 из диапазона (0,7-0,9)Eе соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле: где r0 - расстояние между электродами гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия. Технический результат - повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях их капиллярно-пористых материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ определения поверхностной энергии металлических деталей авиационной техники // 2644982

Использование: для неразрушающего контроля металлических деталей авиационной техники при ее изготовлении. Сущность изобретения заключается в том, что значение поверхностной энергии определяют с учетом их твердости и работы выхода электрона, причем для определения работы выхода электрона на предварительно очищенной от загрязнений поверхности контролируемых деталей измеряют контактную разность потенциалов прибором, имеющим усилитель с предварительной фильтрацией сигнала, микропроцессор основной обработки сигнала, управления и индикации, индикатор отображения информации, а также датчик, имеющий в своем составе электромеханическую колебательную систему, электромагнитный возбудитель колебаний, буферный усилитель сигнала, вибрирующий измерительный электрод, изготовленный из материала с известной работой выхода электрона, и затем проводят расчет поверхностной энергии по определенной формуле. Технический результат: обеспечение возможности определения поверхностной энергии металлических деталей авиационной техники, изготовленных из многокомпонентных сплавов, в процессе их производства, эксплуатации и ремонта. 1 ил., 1 табл.