中性子その場測定で解き明かすイオン性界面活性剤による流動抵抗低減効果の発現機構

原位中子测量揭示离子表面活性剂流阻降低作用机理

基本信息

批准号：
22K05058
负责人：
岩瀬裕希
金额：
$ 2.58万
依托单位：
一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ヒートポンプなどの循環水にイオン性界面活性剤を添加すると、その粘性特性により配管内の流動抵抗が大幅に低減する（流動抵抗低減（DR））。この現象は、イオン性界面活性剤が溶液中で紐状のミセル構造を形成し、これが流動中に構造変化をしたり、凝集体を形成したりすることが関係していると言われているが、そのメカニズムは明らかになっていない。本研究では、流動中の紐状ミセルの構造変化とDR性能の関係性を明らかにするために、中性子散乱測定により、流動中に起きる紐状ミセルの微視的な構造変化と巨視的な凝集体形成の因果関係を解析する。さらに、SANS測定で得られる紐状ミセルの構造変化と、SANSと同時に測定される圧力損失測定の結果との比較から、流動抵抗の低減性能を支配する具体的な紐状ミセルの構造変化を明らかにすることを目指す。2022年度には、本測定に不可欠な中性子測定用の流動抵抗試験装置の設計に取り組み、概ね設計を完了した。また、それと並行して、2023年度以降に流動抵抗試験を行うべき試料を精査するために、数種類のカチオン性および非イオン性の界面活性剤水溶液について、試料濃度や塩の添加による影響が紐状ミセル形成にどのような影響を及ぼすか、レオロジー測定、放射光X線小角散乱（SAXS）測定、流動場SANS（Shear-SANS）測定、さらに、レオロジーとSANSの同時測定（Rheo-SANS）などで調べた。これらの測定で得られた成果について、国内の学会などで発表した。

当离子表面活性剂添加到热泵等的循环水中时，其粘性特性显着降低管道中的流动阻力（流动阻力减少（DR））。据说这种现象与离子表面活性剂在溶液中形成线状胶束结构，在流动过程中发生结构变化并形成聚集体有关，但其机制尚不清楚。在本研究中，为了阐明流动过程中弦状胶束的结构变化与DR性能之间的关系，我们利用中子散射测量来确定流动过程中弦状胶束的微观结构变化，并分析其宏观凝结的因果关系。团簇形成的关系。此外，通过比较由SANS测量获得的线状胶束的结构变化与同时测量的SANS压力损失测量结果，我们阐明了控制流阻降低性能的线状胶束的具体结构变化。 2022财年，我们致力于设计中子测量所必需的流阻测试装置，目前设计已基本完成。同时，为了仔细检查从2023年起应进行流阻测试的样品，我们将研究样品浓度和盐添加量对几种类型的阳离子和非离子表面活性剂水溶液胶束形成的影响。我们研究了这种效应是否是由流变测量、同步加速器小角 X 射线散射 (SAXS) 测量、流场 SANS (剪切-SANS) 测量以及同时流变和 SANS 测量 (Rheo-SANS) 引起的。这些测量获得的结果已在日本的学术会议上公布。