1.一种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:这种相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置包括多个并联的多元组分容器、气源、乳化/起泡罐、多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构、液膜电特性测量部件结构、液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构,多个并联的多元组分容器及气源分别通过管线连接乳化/起泡罐,多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构包括电解池、并联管路、玻璃毛细管,电解池设置于控温绝缘槽内,控温绝缘槽底设置多个槽孔,乳化/起泡罐连接微量注射泵,微量注射泵一方面连接并联管路,微量注射泵另一方面连接玻璃毛细管,微量注射泵连接玻璃毛细管的管线上设置压力传感器、压力调控器,玻璃毛细管液膜电特性测量部件结构设置于电解池内,液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构包括汞光灯、反射镜片、显微成像系统,光线经反射镜片对多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构生成的液膜进行照射,且反射镜片安置于滑块顶端,滑块与支架滑动连接,滑块在支架上横向移动,实现针对不同槽孔及其对应水平玻璃毛细孔板成膜位置的多点照射,经液膜折射的光线再通过滑块上的反射镜片产生反射,反射光的强度由光电二极管进行测量,并由图形记录器保存,基于反射光强度和液膜厚度的关联,计算液膜的厚度和液膜的薄化速率;
所述乳化/起泡罐内设置搅拌剪切装置,乳化/起泡罐壁设置水浴夹层,水浴夹层连接循环控温水浴,罐体还开设取样口和外接测试接口;搅拌剪切装置由两个同心搅拌圆筒和搅拌电机构成,两个同心搅拌圆筒分别为内同心搅拌筒和外同心搅拌筒;内同心搅拌筒筒壁布置网孔定子头,其在旋转过程中使罐体内油、气、水相间充分混合,加速多元组分的相间乳化与起泡;外同心搅拌筒的上下底面设有平行流道,用于罐体内部流体循环流动。
2.根据权利要求1所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述多个并联的多元组分容器包括油相容器、水相容器、碱剂溶液容器、表面活性剂溶液容器、聚合物溶液容器,每个容器出口设置流量计。
3.根据权利要求2所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述多元组分乳化与起泡体系相间成膜结构是由一体化的水平玻璃毛细孔板与多个垂直玻璃微流道隔板组成,垂直玻璃微流道隔板竖直固定于水平玻璃毛细孔板,垂直玻璃微流道隔板的中心设有上下贯穿的垂直微流道,水平玻璃毛细孔板内设有并行、水平流向的水平微流道,且在每条水平微流道的中央处设有垂直贯通的微孔,垂直玻璃毛细管与水平玻璃毛细管通过垂直微流道与水平微流道入口对接相连,制备完成的乳化与起泡体系通过微量注射泵依次经过供液管、垂直玻璃微流道隔板的垂直微流道、水平玻璃毛细孔板的水平微流道,形成并联管路注入至水平玻璃毛细孔板的微孔区域;
并联管路汇聚至水平微流道,水平微流道末端出口处连接有垂直放置的玻璃毛细管,玻璃毛细管内的液面高度通过压力调控器调节,当乳化与起泡体系通过微流道流经至玻璃毛细孔板上的微孔时,形成双凹型相间界/表面,由于界/表面球面曲率半径会引起毛细压力,进而产生压力梯度促使液体从膜中排出,破坏液膜稳定性,根据液膜压力平衡原理中相间界/表面平衡时的毛细压力有:式中,τ为液膜稳定后的相间界表面张力,N/m;R为水平玻璃毛细孔板内微孔半径,m;r为双凹型的界表面曲率半径,m;
通过压力调控器调节玻璃毛细管内的液面高度,控制相间界表面成膜时的毛细压力,使多元组分乳化与起泡体系相间界/表面成膜单元利用液膜压力平衡原理形成液膜、稳定液膜和薄化液膜。
4.根据权利要求3所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述液膜电特性测量部件结构是基于RC等效电路原理设计的,电容器由两个相互靠近的导体中间夹杂一层不导电的绝缘介质构成,液膜具有比相邻电解质溶液高数个量级的电阻,两个正负电极及电极之间分离电解质溶液的液膜为一个电容;
水平玻璃毛细孔板位于充满电解液的电解池中,在水平玻璃毛细孔板上每个成膜微孔的上、下方分别布置一套正对的正电极、负电极,利用电极、电解池组件自身具有的电阻和电容、各微孔成膜的电阻和电容、所有连接导线与电缆的电阻,各正电极、各负电极均与可调频电源相连,实现对应于各微孔布置电极构建内置电阻‑电容的RC等效电路。
5.根据权利要求4所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述玻璃毛细孔板不同微孔对应的各对正电极和负电极之间并联连接,通过导线将位于玻璃毛细孔板微孔正上方的5个正电极均连接独立开关后接至电源正极,5个负电极置于玻璃毛细孔板下方的水平透明滑轨中,用导线连接至电源负极,利用导线牵引带动负电极在电解池水平透明滑道中横向滑移,形成滑动机构以调控玻璃毛细孔板中5个微孔与下方负电极的横向相对位置,使电解池中可调频电源、电解液、水平玻璃毛细孔板微孔处的液膜及其上、下方的正负电极构建成RC等效电路,待液膜稳定后,数据处理系统根据电信号采集系统收集的信息,测量水平玻璃毛细孔板成膜阻抗,获得液膜的电特性。
6.根据权利要求5所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述液膜厚度与结构演变测量及可视化单元结构将液膜干涉反射光强度和液膜厚度及液膜薄化速率相关联,在利用显微干涉法测量液膜厚度时,液膜边界是两个平行的数学平面,当某组分分子或某些组分分子吸附聚集于这两个数学平面上时,分别产生表面张力,这两个表面张力间的距离定义为液膜厚度,在获得其所反射可见光的强度时,根据反射光强度和液膜厚度的关联式确定液膜厚度:式中,为液膜等效厚度,nm;λ为光的波长,nm;n为分散相的折光率;N为相关于分散相折光率和连续相折射率的参数;I和Imax分别为对应于某一液膜厚度或干涉最大时的反射光强度;
考虑黏度性质的液膜薄化速率基于Stephan‑Reynolds关系确定:
式中,h为液膜厚度,nm;t为时间,s;r为液膜半径,μm;ΔP为毛细管压力,Pa;μ为体系体相黏度,mPa·s;
与此同时,反射光被显微成像系统收集,显微成像系统包括高速相机、图像采集系统和液膜成像显示器,实时可视化再现液膜的结构状态,以及液膜排液、薄化结构演变行为。
7.根据权利要求6所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述搅拌电机的数量为2个,搅拌电机功率60W,转速30~1300r/min,通过机械传动机构实现同轴共转分别驱动两个同心圆筒,并且能够各自调控转数来模拟剪切强度大小的变化。
8.根据权利要求7所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述外接测试接口与水平方向呈45°角设计,其中插入聚焦光束反射测量仪和粒子视频显微镜的探头,实时追踪乳化、起泡体系分散相颗粒及液滴的粒径、数量及形貌结构的变化。
9.根据权利要求8所述的相间界/表面成膜可视化及液膜特性测量装置,其特征在于:
所述电解液采用1.0~1.5%的氯化钠溶液;水平玻璃毛细孔板垂直贯通的微孔孔径为500~1500μm,相邻两个微孔间隔为100μm,水平微流道直径300μm;正电极头、负电极头分别与水平玻璃毛细孔板上、下表面距离2~5mm,水平玻璃毛细孔板上下表面间距5mm;可调频电源交流电输入电压为220V,输出电压为0~6000V连续可调;微量注射泵注射多元组分乳化与起泡体系的流量为0.001μL‑1μL/min。