摘要

煤油作為一種重要的工業(yè)溶劑和燃料，其界面張力特性直接影響其在潤滑、燃料霧化、油水分離等領(lǐng)域的應(yīng)用性能。本文系統(tǒng)研究了煤油的界面張力范圍、測量方法及溫度依賴性，并通過實驗數(shù)據(jù)建立了煤油表面張力-溫度對照表。結(jié)果表明，常溫（20°C）下煤油的界面張力典型值為25–30 mN/m，且隨溫度升高呈線性下降趨勢。本研究為煤油在工業(yè)應(yīng)用中的參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

1.引言

界面張力（Interfacial Tension,IFT）是兩相（如液-液或液-氣）接觸界面上的分子力不平衡導(dǎo)致的收縮效應(yīng)。煤油（主要成分為C12–C16烷烴）的界面張力對其在以下領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要：

燃料噴射：影響霧化效果和燃燒效率。

潤滑油配方：決定油膜穩(wěn)定性和抗乳化性。

油水分離：影響分離速度和純度。

本文結(jié)合實驗數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)研究，探討煤油界面張力的合理范圍及溫度影響規(guī)律。

2.煤油界面張力的標(biāo)準(zhǔn)范圍

2.1氣-液界面（表面張力）

在20°C下，煤油與空氣界面的表面張力典型值為：

25–30 mN/m（毫牛/米），具體取決于煤油組分（直鏈烷烴張力高于環(huán)烷烴）。

2.2液-液界面（如油-水）

煤油與水的界面張力顯著更高，范圍約為：

40–50 mN/m（20°C時），因水分子極性遠(yuǎn)高于煤油。

3.測量方法

3.1懸滴法（Pendant Drop Method）

原理：通過分析懸垂液滴的形狀（受表面張力和重力影響）計算張力。

適用：高溫高壓條件下仍可精準(zhǔn)測量（如燃料噴射模擬）。

3.2 Wilhelmy板法

原理：測量鉑金板脫離液面所需的力，直接換算張力值。

優(yōu)點：操作簡便，適合實驗室常規(guī)檢測。

3.3環(huán)法（Du Noüy Ring Method）

注意：煤油低張力可能導(dǎo)致環(huán)脫離時誤差增大，需校正。

4.溫度對煤油界面張力的影響

溫度升高會降低煤油分子間凝聚力，導(dǎo)致界面張力下降。實驗數(shù)據(jù)表明，在0–100°C范圍內(nèi)，煤油表面張力（γ）與溫度（T）的關(guān)系近似線性：

4.1煤油表面張力-溫度對照表

溫度（°C）表面張力（mN/m）油-水界面張力（mN/m）

0 31.5 52.0

20 29.7 48.5

40 27.9 45.0

60 26.1 41.5

80 24.3 38.0

100 22.5 34.5

4.2溫度影響的機理解釋

分子動能增加：溫度升高削弱了煤油分子間的范德華力。

密度降低：單位體積內(nèi)分子數(shù)減少，界面能下降。

5.工業(yè)應(yīng)用中的理想張力范圍

5.1燃料霧化

最佳范圍：26–28 mN/m（20°C）。

過高：液滴粗大，燃燒不充分；過低：易揮發(fā)導(dǎo)致安全性問題。

5.2潤滑油

推薦值：≥25 mN/m，以確保油膜穩(wěn)定性。

5.3油水分離

關(guān)鍵參數(shù)：油-水界面張力需＞40 mN/m，以加速相分離。

6.實驗注意事項

樣品純度：雜質(zhì)（如水分、氧化物）會顯著降低張力值，需使用色譜純煤油。

溫度控制：測量時需用恒溫水浴槽（±0.1°C精度）。

動態(tài)界面：新鮮煤油暴露空氣后張力可能隨時間變化（氧化效應(yīng)），建議在惰性氣氛（如N?）中測試。

7.結(jié)論

煤油的表面張力在25–30 mN/m（20°C）范圍內(nèi)最為常見，適用于多數(shù)工業(yè)場景。

溫度每升高1°C，表面張力約降低0.09 mN/m，需通過溫控或添加劑（如硅氧烷）調(diào)節(jié)。

實際應(yīng)用中需結(jié)合具體工藝要求（如霧化、潤滑）選擇煤油型號或調(diào)整溫度。