2结果与讨论

2.1纳米SiO2/SDS分散体系的稳定性

2.1.1 SiO2的含量、离子组成对SiO2/SDS体系稳定性的影响

利用沉降法和浊度法分析分别用NaCl盐水、模拟地层水配制的不同纳米SiO2含量的纳米SiO2/SDS体系的稳定性，浊度法测试结果如图1所示。用NaCl盐水配制的SiO2/SDS体系在静置15 d时，仅纳米SiO2质量分数为1.5%的体系出现了轻微的浑浊，而其它体系均保持澄清透明；当纳米SiO2质量分数为1.5%时，SiO2/SDS体系的浊度随静置时间的延长稍有增大，其它体系的浊度几乎不随静置时间的延长而变化，且均小于15 NTU。由此可见，用NaCl盐水配制的纳米SiO2/SDS体系的稳定性良好。

图1纳米SiO2/SDS体系的浊度随时间的变化（SDS质量分数为0.3%）

用模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系经历了澄清透明-浑浊-沉降的3个阶段，静置初始，纳米SiO2质量分数为0.5%的体系的浊度不随时间的延长而变化，表明此时体系稳定；静置1 h后，浊度明显增加；静置6 h后，体系的浊度又恢复到了初始值，由于实验测试的是样品上半部分的浊度，说明此时体系已经完全沉降。

分别利用沉降法和浊度法得到了用模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系出现浑浊和沉淀的时间，结果见表1。两种实验方法得到的结果基本一致，因此接下来直接用沉降法来分析pH值对纳米SiO2/SDS体系稳定性的影响。从表1可以看出，纳米SiO2的质量分数越大，体系的稳定性越差。同时，对比NaCl盐水和模拟地层水中纳米SiO2/SDS体系的稳定性发现，当SiO2含量相同时，模拟地层水体系的稳定性远低于NaCl盐水体系的。

表1模拟地层水中纳米SiO2/SDS体系出现浑浊、沉淀的时间（SDS质量分数为0.3%）

DLVO理论认为影响胶体稳定性的主要因素是胶体颗粒之间的范德华吸引力和静电排斥力，而Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。当Zeta电位的绝对值（|ζ|）大于30 mV时，胶体分散体系有较好的稳定性，而当Zeta电位在-30和+30 mV之间时，体系是不稳定的。

图2给出了分别用模拟地层水和NaCl盐水配制的不同纳米SiO2含量的纳米SiO2/SDS体系的Zeta电位。当纳米SiO2的质量分数分别为0.2%、0.5%和1.0%时，用NaCl盐水配制的纳米SiO2/SDS体系的|ζ|均大于30 mV，因而表现出较好的稳定性；而当纳米SiO2质量分数为1.5%时，体系的|ζ|略低于30 mV，因此纳米SiO2/SDS体系在静置15 d后才出现轻微的混浊。用模拟地层水配制的纳米SiO2/SDS体系的|ζ|均明显小于30 mV，说明体系的稳定性差，静置几小时即出现了浑浊和沉淀。纳米SiO2带负电，金属阳离子Ca2+，Mg2+和Na+等的存在会压缩纳米SiO2的双电层，由于Ca2+，Mg2+离子的价数高，压缩双电层的能力强，导致体系的|ζ|降低，稳定性变差，由此可见，要使纳米SiO2/SDS分散体系具有良好的稳定性，应减少体系中二价Ca2+、Mg2+的含量。

从图2还可以看出，随着纳米SiO2含量的增加，用两种盐水配制体系的|ζ|均不断降低，且纳米SiO2的含量越大，颗粒之间的距离越小，由于布朗运动相互碰撞聚结在一起的机率就越大，因此体系的稳定性越差。

图2纳米SiO2/SDS体系的Zeta电位

2.1.2 pH值对纳米SiO2/SDS分散体系稳定性的影响

为了解决模拟地层水中纳米SiO2/SDS体系的稳定性问题，研究了pH值对体系稳定性的影响。未调节pH值前，模拟地层水体系的pH值均在8.5左右，此时体系稳定性较差，所以考虑通过添加少量盐酸降低pH值来提高体系的稳定性。本文分别研究了纳米SiO2质量分数分别为0.2%、0.5%、1.0%和1.5%时，在不同pH值下的SiO2/SDS体系的稳定性。当纳米SiO2/SDS体系的pH值3.5时，体系静置15 d仍呈现出澄清或轻微浑浊的状态，具有较好的稳定性；且总体上来说，pH值越低，体系的稳定性越强。

以纳米SiO2质量分数为0.5%时的体系为研究对象，分析了不同pH值时体系的Zeta电位，结果见图3。随着pH值的降低，纳米SiO2/SDS体系的|ζ|减小且明显小于30 mV，但是稳定性却得到了明显改善。该实验现象与传统的DLVO理论产生了明显的矛盾，这是因为DLVO理论没有考虑到短程排斥力的存在。水溶液中颗粒表面形成具有一定弹性的水化膜，当两个颗粒靠近时，颗粒表面的水化膜在靠近重叠时产生一种短程的非DLVO作用力使两个颗粒被弹开，该作用力称为水化作用力。

图3在不同pH值下纳米SiO2/SDS体系的Zeta电位