總結(jié)與結(jié)論

本研究利用微剖面表征、CLSM分析以及傳統(tǒng)表征方法（接觸角和界面表面張力），全面研究了表面活性劑和鹽度對模擬艙底水乳液穩(wěn)定性的影響。研究表明，非離子表面活性劑（Triton X-100）穩(wěn)定的乳液通常比陰離子表面活性劑（SDS）穩(wěn)定的乳液更不穩(wěn)定。然而，SDS乳液比Triton X-100乳液更容易受鹽度影響。此外，SDS乳液中的質(zhì)量傳遞比Triton X-100乳液更易受鹽度影響。似乎馬蘭戈尼不穩(wěn)定性對艙底水中SDS乳液的影響比對Triton X-100乳液更顯著。本研究也是首次在微尺度上使用微電極原位研究乳液-油界面上的化學(xué)相互作用，提供了通過常規(guī)方法無法觀察到的具有高空間和時間分辨率的原位化學(xué)濃度梯度。從測量的化學(xué)微剖面中，研究了質(zhì)量傳遞對乳液穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)用陰離子表面活性劑（SDS）穩(wěn)定的乳液具有較慢的質(zhì)量傳遞動力學(xué)，達(dá)到pH平衡所需時間較長，這與乳液穩(wěn)定性降低相關(guān)，表明質(zhì)量傳遞在跨越油-乳液界面的乳液穩(wěn)定性中起著重要作用。雖然接觸角和界面張力提供了乳液形成前的固有特性，但需要交叉評估表征參數(shù)以準(zhǔn)確確定乳液的穩(wěn)定性，乳液表征的多尺度方法將有助于更好地理解乳液穩(wěn)定性。通過結(jié)合創(chuàng)新的乳液表征方法（例如CLSM和微電極），本文的結(jié)果為更好地理解表面活性劑類型和鹽度對船載應(yīng)用中艙底水乳液形成和穩(wěn)定性的影響提供了依據(jù)。

接觸角測量。由于測試中使用的玻璃基板是親水性的，并且表面活性劑基于其親水親油平衡值(HLB)本質(zhì)上是水溶性的（親水的），因此無法在玻璃（石英）基板上測量表面活性劑水溶液的接觸角。因此，在NSBM#4溶液（周圍介質(zhì)）中測量了表面活性劑水溶液的接觸角（圖S5）。使用Triton X-100制備的樣品隨時間顯示出動態(tài)變化，Triton X-100溶液的接觸角隨時間從160°降至92°（圖S6）。在較高鹽度下，這種下降要慢得多，可能是由于離子強度增加所致。Triton X-100溶液的靜態(tài)接觸角在60秒后測量。

圖S5.(a)油包水懸滴和(b)無表面活性劑、SDS(100 ppm)和Triton X-100(100 ppm)在10??M NaCl的NSBM#4中的接觸角照片。所有測試的周圍介質(zhì)均為NSBM#4。

圖S6.無表面活性劑（僅DI水）、SDS和Triton X-100溶液在(a)10??M和(b)1 M NaCl的NSBM#4中的接觸角隨時間變化。

油水混合物中的微電極性能驗證。為了驗證電化學(xué)微電極在油水混合物中的性能，使用了眾所周知的DO微電極在各種油水條件下進(jìn)行測試。DO微電極是Clark型傳感器，在同一外殼中結(jié)合了參比電極，預(yù)計能為被測量相（例如氣體、油或水相）的氧含量提供穩(wěn)定信號(pA)。設(shè)計了一個簡單的實驗來測量通過空氣、油和水相的氧氣濃度。

所有氧氣微剖面的測量均在100μm間隔進(jìn)行，每次測量間隔30秒等待時間以穩(wěn)定信號。重復(fù)剖面平均以獲得DO剖面，在每次剖面的每個距離點采集三個信號。首先，測量一個樣品的氧氣微剖面，該樣品頂部為礦物油層，底部為飽和氧氣（21%DO）的DI水層。已知氧氣在礦物油中的溶解度為3,345μL/L(1)；因此，預(yù)期可以在礦物油層中測量到氧氣。在飽和條件下，所有三相中的氧氣濃度均約為21%DO（圖S9）。使用NSBM#4代替礦物油也測量了類似的氧氣微剖面，結(jié)果相似。然后，在另一個樣品中測量氧氣微剖面，該樣品頂部為礦物油層，底部為添加除氧劑（0.1 M抗壞血酸）的DI水層。很明顯，有兩個擴散過程在發(fā)生，一個在水相內(nèi)，一個在油相內(nèi)。使用NSBM#4和含有除氧劑的DI水也進(jìn)行了類似的剖面測量，在整個油相和水相中觀察到相似的趨勢。這些剖面清晰地顯示了DO從油相（21%）到含有除氧劑的水相（0%）的擴散。該測試證明電化學(xué)傳感器技術(shù)適用于表征油到水或水到油相的乳液穩(wěn)定性和化學(xué)物質(zhì)傳遞。