水基提取技术是目前广泛应用的油砂分离方法，其首要步骤是沥青从沙粒表面上的脱附。本论文利用原子力显微镜(AFM)胶体探针技术，研究了不同溶液环境中沥青与二氧化硅表面间和二氧化硅与二氧化硅表面间的胶体作用力。利用经典的DLVO理论或扩展的DLVO(E-DLVO)理论对胶体间的长程作用力进行拟合，揭示了相关作用机理。相关研究结果从微观角度揭示了沥青脱附的影响机制，为我国油砂矿的开采和分离技术的开发提供理论依据。本论文主要取得了以下几项成果：

1．溶液pH值是影响沥青与二氧化硅表面间作用力的首要因素，随着溶液pH值的升高，长程排斥力增加，粘着力减小。酸性溶液中钙/镁离子使长程排斥力和粘着力均有所减小，而在碱性溶液中长程排斥力减小，粘着力却有所增加。在pH值较高和钙/镁离子浓度较大的溶液中长程作用力甚至由排斥力转变为吸引力。实验表明pH值较高而钙/镁离子含量较低的溶液环境中，沥青易于从二氧化硅表面脱附。

2．研究了酸性溶液中阳离子表面活性剂和钙/镁离子对沥青与二氧化硅表面间作用力的协同影响作用。结果表明在酸性溶液中存在阳离子表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)的条件下，沥青与二氧化硅表面间的长程作用力由排斥力转变为较大的吸引力，相应的粘着力也增大。这归因于DTAC 在二氧化硅和沥青表面的吸附使两个表面具有强疏水性，导致产生较强的疏水吸引力。在DTAC溶液中加入钙/镁离子，长程吸引力和粘着力均相应减小。这是由于在酸性条件下钙/镁离子会阻碍阳离子表面活性剂在沥青和二氧化硅表面的吸附从而减小沥青与二氧化硅表面间的作用力。进一步研究了不同烷基链长的正辛烷基三甲基氯化铵(OTAC)、DTAC、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和十八烷基三甲基氯化铵(OdTAC)四种同类铵阳离子表面活性剂与钙离子的协同作用对沥青与二氧化硅表面间作用力的影响。 结果表明表面活性剂的链长和疏水基团在水相中的朝向对沥青与二氧化硅间的长程作用力和粘着力都有较大的影响。 沥青与二氧化硅胶体间作用力的变化是由阳离子表面活性剂在带负电荷的沥青和二氧化硅表面的单层或双层吸附改变沥青和二氧化硅表面的润湿性所引起的。

 3．研究了碱性溶液中阴离子表面活性剂和钙/镁离子对沥青与二氧化硅表面间作用力的协同影响作用。研究发现，在碱性溶液中存在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或十二烷基磺酸钠(SDS)时，沥青与二氧化硅表面间的长程排斥力增大，粘着力为零。两种表面活性剂的结构性质类似，所以在相同条件下，二者对沥青与二氧化硅表面间的胶体作用力影响差异很小。阴离子表面活性剂SDBS/SDS和钙/镁离子同时存在时，长程排斥力减小，甚至转变为吸引力，相应的粘着力也增大。沥青与二氧化硅表面间作用力的这些变化是由于二氧化硅表面吸附钙/镁离子形成正电荷中心，导致阴离子表面活性剂的头基锚于二氧化硅表面而疏水端朝向水相，从而增强二氧化硅表面的疏水性所致。

4．沥青是一种复杂的有机混合物，在不同的酸碱性溶液中能释放种类不同的表面活性剂。为了了解矿浆中天然表面活性剂对沥青脱附的影响机制，提取了沥青中能溶于水的天然表面活性剂，并且在天然表面活性剂和钙离子存在的溶液中研究了沥青与二氧化硅表面间的作用力。 研究发现天然表面活性剂对沥青与二氧化硅表面间作用力的影响机理与化学表面活性剂的类似。 在油砂水基提取体系中，天然表面活性分子的存在不可避免，因此必须对二价金属离子的浓度加以控制才可获得良好的油砂分离效率。

5．难处理油砂矿中的沙粒表面往往表现为疏水性，为了研究沙粒表面润湿性的反转特性，以期提高难处理油砂矿的沥青回收效率，在含电解质和不含电解质的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，原位检测了二氧化硅表面间的作用力变化。利用二氧化硅间的胶体作用力及二氧化硅表面的Zeta电位值揭示了阳离子表面活性剂的浓度与二氧化硅表面润湿性反转的关系。结果表明阳离子表面活性剂CTAB在二氧化硅表面的吸附对二氧化硅表面润湿性及其作用力的改变受到CTAB的浓度，电解质、吸附稳定时间等因素的影响。