磁化水的物理化学性质

时间：2022-10-05 23:23:35 化学毕业论文我要投稿

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磁化水的物理化学性质

　　磁化水的物理化学性质【1】

磁化水的物理化学性质

　　摘要: 以一定的流速垂直流经具有一定强度磁场后的水称为磁化水。

　　本文用实验的方法测定了纯水和一些盐溶液经磁场处理后的CO2含量和O2含量两个指标的变化,并对相关结果做出了合理的解释,从而探讨磁化水的机理。

　　关键词: 磁化水 ;CO2含量;O2含量;机理

　　1磁化水机理的研究现状

　　大量的研究表明磁场可以对水溶液的部分物理化学性质,如pH值、电导率、表面张力,胶体颗粒的电位、结晶过程以及晶体结构等产生影响。

　　赵新杰[1]对磁化水的各种物理特性进行测试发现磁化水的表面张力、电导率均有所增大,磁化水的沸点略有降低,但变化幅度不大,磁化水冰点并没有发生变化。

　　朱元保[2]等对磁化水的物化性质进行了研究,发现除红外光谱和核磁共振谱与磁化无明显差别外,磁化水的pH值、溶解氧和难溶盐的溶解度均增加,紫外线吸收峰和密度降低,挥发性加快。

　　有大量文献报道,磁处理后溶液的pH值会发生变化。

　　通常发现pH值是降低的,也有研究发现pH值会升高。

　　Ronald[3]等人研究了CaSO4・2H2O过饱和溶液在磁场作用下一些物理化学性质的变化,发现磁场可以降低钙盐的可溶解性,表现为水溶液中的钙减少,且总悬浮固体相应增加,溶液的电导率也如所预期的那样减少。

　　2磁化水实验结果

　　2.1 对纯水的实验

　　在密闭环境下,用磁场处理纯水,取出经磁场处理的纯水和未处理的纯水,敞开在大气中,放置6小时,让其和大气中的气体达到溶解平衡,测量二氧化碳和氧气的含量,结果在表1中给出。

　　从表中可以看出磁化后二氧化碳和氧气含量均有所增加。

　　2.2 磁处理0.01mol/L的NaCl溶液和饱和的CaSO4溶液

　　分别配制0.01mol/L的NaCl溶液和饱和的CaSO4溶液,经过磁场处理,测量磁化后二氧化碳和氧气浓度的变化。

　　实验结果分别如表2和表3所示,NaCl溶液和饱和的CaSO4溶液经磁处理后氧气和二氧化碳含量也都有所增加。

　　3磁化水机理初探

　　3.1理论基础

　　(1) 水由与组成,外层电子为sp3杂化状态,呈四面体构型,其中两对电子与结合成键。

　　键角104.5°,小于正四面体的109.5°。

　　的电负性比大得多, 与之间的电子对偏向的一侧,呈现为部分裸露的质子。

　　因此水分子具有一定的极性,偶极矩为1.85D。

　　(2) 由于1中的结构,部分裸露的质子会与外面的孤对电子作用,从而形成分子间的氢键;从而水分子会缔合成线状,网状或环状的分子集团;但氢键作用没有共价键强烈,容易受外界影响而断裂,条件恢复时,氢键又可以重新形成。

　　(3) 液态水中,水分子以缔合体存在,n的大小受温度等外界因素的影响;但也有水分子以单分子的形式存在,且有以下平衡:

　　3.2 实验结果的理论解释

　　具有极性的水分子以一定流速通过磁场时,正负电荷中心受力相反,水分子呈现一定取向,从而氢键被消弱甚至断裂,缔合体变小,单分子增多,以致发生一些性质的改变。

　　从上面已经知道,经过磁场处理的各种水的和的溶解度会升高,下面将从理论上给予解释。

　　经过磁场处理后,作为溶剂的水性质发生了一些变化,可以推断出能溶于水的物质的溶解度是会发生变化的,实验检测到了氧气和二氧化碳的溶解度的升高。

　　溶于水的气体分子和水分子存在一定的作用,这样才使得气体以一定的量存在水中。

　　当水经磁场处理后,单分子水的浓度增加,和气体分子作用的水分子也就增多了,从而气体分子的溶解度增加。

　　参考文献:

　　[1] 赵新杰.磁化水物理特性的测试[J].宁夏大学学报(自然科学报),1995,16(3):29-33.

　　[2] 朱元保,颜流水,曹祉祥等.磁化水的物理化学性能[J].湖南大学学报,1991,27(1):21-25.

　　[3] Ronald Gehr,Zipi A Z,James A F,et al.Reduction of solublemineral concentrations in CaSO4 saturated water using a magnetic field[J].Wat Res.,1995,29(3):933-940.

　　超临界水的物理化学性质【2】

　　摘要：只要超过了临界，就是在常温常压下水的物理化学性质都有极大变化，并且这些性质还会随着温度与压力的变化而变化，不再像临界内物理化学性质规律变化。

　　同时超过临界后，在平常和非极性物质不互溶也会变成互溶，能够和空气、氧气等进行完全互溶。

　　本文就是研究超临界情形下，水所具备的化学物理性质。

　　关键词：水超临界物理化学

　　如今超临界水因具备奇特性质，而被许多领域作为反应介质和溶剂来使用。

　　同时在超临界的状态下，控制温度、压力以及操纵化学反应环境就能够加强反应物与产物溶解度，提升化学反应的转化率及反应速率，也不会产生二次污染。

　　因此在这种情形下，探究超临界水所具备的物理化学性质具有现实意义

　　一、超临界水的特征

　　当所处环境的温度与压力到了一定值(374.30C、22.05MPa)，高温造成水的密度膨胀与高压造成水蒸气被压缩的密度刚好相同时的水。

　　对于超临界水而言，水的气体与液体没什么确保，两者完全交融到一起，形成一种新的处于高压高温状体流体。

　　对于这种流体主要有如下几个方面的特征

　　1.具备较强氧化能力，有一些物质还能够进行自然并在水中产生火焰。

　　2.这种流体能够和油等各种物质混合，具备广泛溶解能力。

　　3.超临界水能够和氮气、氧气等各种气体按照任意比例进行混合，并产生单一相。

　　二、超临界水物理化学性质

　　流体在气体――液体相图上共存曲线终点即为临界点，其标志位固定不变的压力与温度点，在这个点上液相和气相间差别恰好消失，形成了一均相体系。

　　水的临界压力为22.05MPa，临界温度为374.30C。

　　一旦温度与压力超过了临界点，就视为了超临界水，形成了介于液体与气体之间特殊状态。

　　1.密度

　　当处于超临界环境下，对多控制温度、压力进行改变，让其在液态和气态之间的临界点变化，自然水的密度也就随之在液态水与低压水蒸气密度间进场变化，研究发现临界点密度是0.326g/cm3，当水的密度比较接近0.1g/cm3时就会发生超临界水氧化。

　　2.粘度

　　在液体中数以千计的分子不断的碰撞而传递着能量，主要形式有：(1)自由平动之时产生碰撞传递能量;(2)每一个分子和周围分子进行频繁碰撞时传递动量。

　　就是这两种效应大小存在差异，致使不同区域中粘度大小与变化存在差异。

　　在正常情况下，液体粘度一般是随着温度升高随之而降低，而气体粘度且是随着温度升高随之而增大。

　　超临界水就成为了高流动性的性质，随着温度压力变化水粘度变化.

　　3.热导率

　　一般情况下，液体的热导率会随着温度升高而随之降低，常温常压情况下水热导率是0.598W/(m.k)，当处于临界之时水的热导率大约为0.418W/(m.K)，变化不太大。

　　热导率和动力粘度两者具备相似函数形式，温度变化影响比较显著，但是热导率发散特征要强一些，但是缺少局部的最小值。

　　4.扩散系数

　　超临界水扩散系数比热蒸汽小，比常态水大。

　　常态水(250C，0.1MPa)扩散系数为7.74×10-6cm2.s-1，过热蒸汽(4500C，1.35MPa)扩散系数为1.79×10-6cm2.s-1，，超临界水(250C，27.0MPa)扩散系数是7.67×10-6cm2.s-1，。

　　事实上在高温高压下采用试验方法极难测定出水的扩散系数，就可以应用Einstern法不断的统计获取。

　　当水的密度(β>0.9g/压下，水的扩散系数不但和粘度有关系，还和密度有关。

　　对于高密度水，其扩散系数随着温度增加而降低，随着压力增加而升高;但是对于低密度水，其扩散系数随着温度增加而升高，随着压力增加而降低。

　　而且处于超临界区中，扩撒系数还有最小值。

　　5.介电常数

　　介电常数会随着密度增发而升高，随着压力升高而升高，随着温度增发而降低。

　　ε(P)T与ε(T)P变化呈现单调性，但处于临界区时偏微分呈现指数增加，但是到了临界点却趋向无穷。

　　6.氢键

　　事实上水中有许多性质都源自于分子间氢键键合性质确定的。

　　但是了解超临界水的特性与结构不够，必然不能认识超临界水的氢键。

　　应用计算机模拟水结构能够得到氢键变化信息，变化的温度能够快速降低氢键总数，还会破坏室温下水的氧四方有序机构;但是在室温环境下，压力对氢键数量影响不大，稍微增加数量、降低氢键线性度。

　　但是温度处于临界温度，和亚临界与超临界相比显著降低水中的氢键。

　　饱和水蒸气中所增加氢键和液相中减低氢键相等，液相中氢键大约占据总量17%。

　　一些专家应用IR光谱法研究高温环境下，水的氢键数量与温度关系，并且得出温度t与氢键度X关系式

　　这个式子就阐述了温度范围在7～5260C与密度范围为0.7～1.9g/cm3时X的行为。

　　当温度为250C之时，其X值大约为0.55，说明水为液体时水中氢键大约只有冰的一半，当温度为4000C时，X值大约为0.3，当时温度达到5000C，X值依然大于0.2。

　　说明较高温度下，水中依然存在氢键。

　　三、结束语

　　对于超临界水而言，从其物理化学性质可以看出来，处于超临界区中仍然存在氢键;而临界点的密度为常温下的1/3，随着压力升高密度也随之增加爱，温度升高密度随之降低。

　　并且超临界水中，温度变化对动力粘度影响大。

　　参考文献

　　[1]孟令辉，白永平，冯立群.超临界方法在塑料分解回收中的应用中国塑料[J].2009.13(9)：76-82.

　　[2]李武.高世扬超临界术氧化技术[J].盐湖研究，2006，7(1)35-38.

　　[3]吴梳蛾，盂晓红.超临界水氧化法在环境保护中的应用研究[J].云南环科，2010.19(8)：222-225.

　　[4]王春云.超临界水分解二恶英类物质的技术状况及课题[J].化工科技动杰，2008，14(8)：38-39.

　　流体物理化学性质对出砂油藏微粒运移的影响【3】

　　[摘要]地层中的流体主要包括原油和地层水，研究他们的物理化学性质对于油藏的微粒运移的影响对于指导我们原油生产具有十分重要的意义，本文以埕东油田埕古13块油井取样资料为例，通过岩心流动实验，研究流体物理化学性质对微粒运移的影响。

　　[关键词]流体;再吸附;微粒;运移

　　地层中的流体主要包括原油和地层水，研究他们的物理化学性质对于油藏的微粒运移的影响对于指导我们原油生产实践具有十分重要的意义，特别是在出砂油藏，如埕东油田埕古13块，本文以油井取样资料为例，在实验室通过岩心流动实验，研究原油粘度、PH值以及注入水矿化度对微粒运移的影响。

　　1 原油粘度对微粒启动、运移的影响

　　1.1 研究目的及方法

　　在开发生产中，当地层压力低于饱和压力时，原油会发生脱气现象，油气分离的同时，烃类流体的组成和性质亦随之改变。

　　原油粘度是反映流体在地层中渗流阻力大小的一个重要物理参数，它也是影响出砂的因素之一，粘滞性流体在油层出砂过程中有两种作用机制：一是悬砂、携砂，二是流体对砂体冲刷和剥蚀。

　　实验所用岩样，是采用埕南油田埕古13块的天然砂样模拟地层特征压实而成，将取自地层的砂样，洗油后，填入直径为2.5cm，长为7cm的钢套中，模拟油层压实情况，制成与地层渗透率相近的岩心，两端用40目筛网封隔。

　　实验中采用的流动介质为不同粘度的精炼油，以模拟地层原油的粘滞力，避免其它因素对实验测定值的干扰。

　　测定时首先将岩心饱和油，并在油容器中放置24小时，然后将岩心装入岩心夹持器，用恒速泵将油以0.10ml/min的速度注入岩心，测定岩心两端的压差，计算岩心渗透率。

　　逐渐提高泵的流速，测定不同速度下岩心出口端的出砂量。

　　1.2 实验结果及讨论

　　通过岩心流动实验所测定的不同粘度流体通过岩心时出砂实验数据见表1。

　　由表1数据可以看出，岩心开始出砂的临界流速随流体粘度的升高而下降，也就是说，流体粘度越大，越容易引起出砂。

　　这表明，流体的粘度在出砂过程中起到很大的作用：一是悬砂，携砂;二是携砂流体对砂体的冲刷和剥蚀。

　　流体粘度升高，携砂、悬砂能力增强，流动过程中的拖曳力也就增大，对砂体的冲刷和剥蚀就更加严重，最终导致出砂加剧。

　　由此可见在疏松砂岩油藏开采过程中应尽量保持地层压力高于饱和压力，防止由于脱气而改变原油性质。

　　2 注入流体PH值变化对微粒运移的影响

　　2.1 研究目的及方法

　　在打开油气层以及以后的生产作业中，会有一系列工作液接触产层，若这些工作液PH值不合理，与储层岩石不配伍，将会引起粘土矿物在溶液中易于分散，而造成微粒脱落运移，同时液体的PH值还可能改变非粘土颗粒表面的电荷分布，从而改变颗粒与基质间的结合力。

　　因此，注入流体的PH值也是影响油井出砂的一个因素。

　　本项实验研究了在不同PH值注入水通过岩心时，微粒开始运移的临界流速，以及在不同PH值条件下出砂量与流速关系(出砂规律)。

　　实验所用岩心为填砂压实岩心，制作方法与前项实验相同，所用流体为不同PH值的模拟油藏地层水(PH值的升高通过加NaoH来实现)。

　　实验开始时将模拟地层水饱和进入岩心，然后将岩心装入岩心夹持器，用恒速泵将盐水以0.10ml/min的速度注入岩心，测定岩心两端的压差，计算岩心渗透率。

　　接着在相同流速下将一定PH值的模拟地层水注入岩心。

　　逐渐提高泵的流速，测定不同速度下岩心出口端的出砂量。

　　2.2 实验结果及讨论

　　本实验中共对四块岩心进行了流体PH值对出砂的影响实验，注入盐水PH值分别为6.5，10，12，14。

　　实验结果见图1。

　　图1表示的是在相同流速下(大于出砂临界流速)，不同PH值流体通过岩心时的出砂量。

　　可以看出，在速度相同的情况下，出砂量开始随PH值升高稍有增加，当PH值从12上升到14时，出砂量急剧增大。

　　出现这种结果的原因是因为PH值的升高，使岩石中粘土矿物晶层间斥力增大，导致粘土矿物更易分散、脱落，随流体的流动而运移，造成出砂。

　　另外，PH值同样会改变非粘土颗粒表面的电荷分布，使颗粒与基质间的范氏力减弱，那些与基质胶结不好或非胶结的颗粒将被释放到流体中去，从而导致自由颗粒数目增多，出砂的可能性更大。

　　3 注入水矿化度对微细粒运移的影响

　　油田开采过程中，产生运移的微细粒有粘土矿物和石英微粒，流体的矿化度对粘土微粒和石英微粒的运移有着直接的影响。

　　当粘土处于低矿化度水溶液中时，粘土矿物表面及晶层之间的阳离子浓度高入溶液中的阳离子浓度，原来吸附在粘土表面的阳离子便向溶液中扩散，形成扩散双电层，当扩散双电层斥力足以克服粘土粒间及粘土粒与孔隙间的结合力时，粘土就分散成更细的颗粒并在流体冲刷力的作用下发生运移，流体的矿化度越低，扩散双电层斥力越大，粘土微粒更易于分散、运移，流体的矿化度越高，扩散双电层斥力越小，粘土微粒不易分散、运移。

　　对于相同粒径的石英微粒，随着流体矿化度的降低，双电层厚度增厚，微粒与孔壁间的距离增加，双电层斥力增大，石英微粒在流体的冲刷力作用下易于产生运移。

　　3.1 实验方法

　　将取自埕古13块的疏松油砂样，清洗、烘干后，填入直径为2.5cm、长为7cm的带有活动接头的钢套中，模拟油层的压实情况，制成与地层渗透率相近的岩样，岩样出口端用40目的筛网封隔。

　　实验中用NaCl改变流体的矿化度，测定岩样在不同流速下的微粒运移量。

　　3.2 实验结果及分析

　　由表2的实验结果可知，随着流体矿化度的增加，同一流速下岩样出口流出水中的颗粒含量减小，即微粒运移量减小。

　　4 认识和建议

　　(1)岩石出砂规律与原油粘度有关，粘度越高，砂粒越容易启动，出砂的临界流速也就越低。

　　当流速超过临界出砂流速以后出砂量随粘度升高而增加。

　　(2)入井流体PH值对微粒运移有一定影响。

　　临界出砂流速随PH升高而减小。

　　当PH值达14时，岩石出砂量急剧上升。