复杂乳状液高效分离：电极几何与电场调控策略优化油水分离效率

本综述系统探讨了在强化采油（EOR）过程中，通过优化电极几何构型（如单棒同心漏斗电极）与调控电场强度（最高1000 V/cm），显著提升复杂水包油乳状液分离效率的策略。研究结合COMSOL Multiphysics模拟与实验验证，揭示了非均匀电场对液滴链化效应（chaining effect）的抑制机制，为开发高效、紧凑型电聚结器（electrocoalescer）提供了关键理论支撑与技术路径。

　　

Highlight

电聚结技术（Electrocoalescence）作为一种低成本、环境友好的水包油乳状液分离方法，其效率受限于液滴链化现象（droplet chaining）。在高电压场作用下，分散的水滴发生极化并首尾相连形成线性链，扭曲局部电场分布，降低有效场强，甚至引发电极间短路火花。本研究通过对比三种电极构型（平行双棒、平行四棒及单棒同心漏斗电极），结合COMSOL Multiphysics模拟电场分布，发现漏斗状电极可最大化分离效率并抑制链化效应。

Materials and methods

材料：以葵花油（电导率6×10^-11 S/m，粘度52 mPa·s）和原油为连续相，采用二氧化硅（SiO₂，平均粒径15 nm）纳米颗粒、部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）及十二烷基硫酸钠（SDS）配制六种驱替流体，模拟复杂乳状液体系。

Results and discussion

电场强度设定为1000 V/cm（超越此值易加剧链化效应）。模拟结果显示，单棒同心漏斗电极构型可产生高度非均匀电场，促进介电泳（dielectrophoresis）与偶极-偶极相互作用，显著提升水滴聚并效率。对于简单乳状液，分离效率达91.1%，且无链化问题。

Conclusions

本研究证实电极几何优化与非均匀电场调控是提升电聚结效率的核心策略。单棒同心漏斗电极在避免链化问题的同时实现高效分离，为工业级电聚结器设计提供了革新性方案。