石油瀝青質超分子聚集及解聚研究進展

徐 芳， 卞 賀， 韋勝超， 朱麗君， 夏道宏

(中國石油大學(華東) 化學化工學院 重質油國家重點實驗室，山東 青島 266580)

隨著石油資源需求量不斷增加，石油開采朝著石油資源中密度大、黏度高、金屬含量高的重質油方向發展。2019年底，全球石油探明儲量為17339×108bbl(1 bbl=0.137 t)，其中重質油占比超過一半以上[1-2]。中國加工的原油中沸點大于350 ℃餾分的重質油占原油全餾分的55%以上[3]。因此重質油加工與利用面臨著前所未有的緊迫性。由于膠質、瀝青質在重質油中占比大，導致重質油具有較強的熱縮合傾向，在加工過程中極易造成結焦，降低輕油收率，增加生產成本[4]。石油瀝青質結焦最根本的原因在于瀝青質分子的結構復雜，導致分子間存在多種弱相互作用力，這些弱相互作用力協同作用使瀝青質分子締合成為超分子聚集體。在高溫下，超分子聚集體中的弱相互作用力轉化為強共價鍵作用力，導致重質油結焦率升高，其示意圖如圖1 所示。

圖1 石油瀝青質結焦內因示意圖Fig.1 Mechanism of petroleum asphaltene coking

由于重質油加工處理時瀝青質結焦帶來許多生產問題，因此對瀝青質結構、組成及其聚集性質的研究引起了廣泛關注。經過多年的研究探索，石油化學家們對于瀝青質超分子聚集行為已獲得了初步共識，基于瀝青質聚集行為的解聚研究也取得了顯著進展。筆者從重質油瀝青質超分子聚集作用力入手，結合近年來理論計算和實驗研究結果，對瀝青質聚集與解聚方面的研究進展進行系統闡述，重點介紹近年來在石油瀝青質超分子聚集體解聚方面的研究進展。

1 瀝青質超分子聚集行為研究

1.1 瀝青質分子結構模型

由于瀝青質結構復雜，難以完全確定其分子特性，人們基于溶解度概念將瀝青質定義為：石油中不溶于低級正構烷烴(C5～C7)而溶于苯(甲苯)的物質[5-6]。目前認為，瀝青質分子中的稠合芳環是構成瀝青質的基本結構單元，它是以多個芳香環稠合組成，并且周圍連有幾個環烷環，環上帶有一些正構或異構的烷基鏈，分子中還夾雜有S、O、N等[7]。當前對瀝青質分子結構提出了3種主要模型：孤島型(Island)、群島型(Archipelago)以及孤島和群島型共存模型，瀝青質分子基本結構單元模型見圖2。孤島型與群島型模型的不同主要在于構成瀝青質基本結構單元的稠合芳環的個數究竟是一個(Island)還是多個(Archipelago)[8]。目前關于瀝青質分子結構模型的劃分仍存在不同觀點。Schuler研究團隊[9]、Tang研究團隊等[10-11]國內外學者經過理論及實驗研究更傾向于支持孤島模型。Karimi等[12]、Dong等[13]分別通過薄膜熱裂解實驗、熱分析質譜聯用技術證明瀝青質中含有2個及以上稠合芳環，更傾向認為瀝青質分子結構符合群島模型。

圖2 瀝青質分子的基本結構單元模型Fig.2 Basic structural unit model of asphaltene molecule(a) Island molecule; (b) Archipelago molecule

實際上瀝青質孤島型和群島型結構并不是絕對孤立存在的，二者可以通過橋鍵連接或斷裂達到相互轉化。2017年，Chacón-Patio團隊[14]采用傅里葉變換離子回旋共振質譜分析瀝青質樣品，同時進行紅外多光子離解，證明了瀝青質結構是一個孤島型結構和群島型結構的連續體，并且2種結構的比例取決于石油產地、石油種屬等因素。隨著瀝青質分子結構模型研究的深入，未來可能不再把瀝青質分子簡單地分為孤島型結構或群島型結構，而是更具針對性的測量出不同來源瀝青質中2種結構的相對比例[15]。

1.2 瀝青質超分子聚集研究

Yen等[16]最早提出了瀝青質超分子結構層次的Yen模型，他認為瀝青質存在瀝青質單元片、似晶締合體、膠束和超膠束結構等。2010年，Mullins[17]基于當時已有的研究結果將瀝青質超分子結構層次又劃分為瀝青質單體分子、納米聚集體和團簇，這就是改進的Yen模型。隨著研究的深入，Gray等[18]于2011年又提出瀝青質超分子組裝的新模型，他們認為超分子聚集體是在π-π作用、范德華力作用、氫鍵作用、配位作用以及酸堿作用等幾種非共價鍵弱相互作用的協同下形成的熱力學穩定結構。這些弱相互作用協同作用時可以在超分子聚集體中形成強作用力[19]。2016年，Song等[20]采用耗散粒子動力學模擬方法，即在更大尺寸和時間范圍內模擬粗粒系統的方法，也證實了瀝青質超分子締合體的形成有多種相互作用的參與，聚集體的大小約為2～3 nm，并且群島型結構比孤島型結構聚集而成的締合體更密集。2018年，Yaseen等[21]采用徑向分布函數(RDF)方法研究了模型瀝青質的聚集，RDF峰高度(RDFMax)數據顯示單元片堆積層最小間距為0.35～0.38 nm，單元片面對面堆積是瀝青質聚集體的最優構型，這與瀝青質聚集的Yen模型能夠很好地吻合[22]。

石油瀝青質超分子聚集體的存在是毋庸置疑的，其聚集主導作用力的不同與其結構密切相關，包括稠合芳環的縮合類型、雜原子類別及多少以及脂肪族側鏈長短及異構化程度。Rogel[23]通過分子動力學模擬研究發現芳香度較高的瀝青質分子更易聚集，而且聚集體也更穩定，且二聚體中最主要的結合力是范德華力。這一發現與Mahdavi等[24]通過界面張力法測得的瀝青質超分子聚集結果相一致。Takanohashi等[25]通過分子力學計算能量最低構象結合動力學模擬表明，對于三聚體來說雜原子官能團和脂肪族側鏈對聚集體的穩定性起到了一定作用。任強等[26-27]采用理論計算的方法對多聚體的相互作用力進行了系列探索，他們指出，隨著氫鍵/π-π相互作用力分別增加，分子間作用力顯著增強，同時認為π-π相互作用力的強弱與側鏈長度、兩分子間排列角度有關，即短側鏈的引入，增強了π-π相互作用力，利于瀝青質聚集；長側鏈的引入，反而不利于其聚集，這與孫杰等[28]的研究結果具有一致性。但對于多聚體聚集過程中的主導作用力還存在爭議，一些學者認為π-π相互作用是主導作用力，例如蔡新恒等[29-30]采用動力學模擬方法證明π-π相互作用是形成超分子作用的主要推動力，并且給出的模擬數據(見表1)表明瀝青質分子數目越多，π-π相互作用越強，瀝青質超分子體系就越穩定。

表1 瀝青質分子間和稠環芳烴分子間π-π相互作用能[29-30]Table 1 Intermolecular π-π interaction energy of asphaltenes and polycyclic aromatic hydrocarbons[29-30]

而另一些學者則更傾向于認為氫鍵作用為主導作用：劉必心等[31]發現，在幾種弱相互作用的影響下，瀝青質在稠油中會形成超分子空間網狀聚集體，并且與活潑氫相關的分子間作用力更有利于瀝青質空間網狀結構的形成。韋勝超等[32]采用特定實驗方法在瀝青質中引入不同基團，從加強與鈍化氫鍵兩個角度研究了氫鍵對于瀝青質聚集的影響，結果表明引入羧基、磺酸基極性基團后，加強了氫鍵，促進瀝青質聚集作用更明顯；而將瀝青質中活潑氫(例如羥基氫、氨基氫)以甲基取代后，氫鍵作用被削弱，瀝青質得以解聚。Yaseen等[33]為研究水在瀝青質締合中所起的作用，對油/水(油為質量分數為10%的瀝青質的鄰二甲苯溶液)體系進行了模擬，結果發現當油、水部分混溶時，瀝青質在油中的溶解度下降，這表明水與瀝青質之間的作用在一定程度上促進了瀝青質聚集。在此基礎上模擬了瀝青質中的極性官能團(羧基、羥基、仲胺基)與水分子結合形成的氫鍵(HBs)，并使用徑向分布函數(RDF)分析了羧基和水之間的HBs結構，羰基氧和水分子中的氫形成的氫鍵鍵長為0.18 nm，羥基氫和水分子中的氧形成的氫鍵鍵長為0.165 nm，這一模擬結果與Jian等[34]發現的HBs供體、受體的平均距離約為0.18 nm吻合。這表明極性官能團的存在導致瀝青質與水之間形成氫鍵。

除上述2種觀點外，最新研究結果又提出了瀝青質聚集作用力的新可能機理。Zhang等[35]基于瀝青質已有研究成果，再輔以電子順磁共振(ESR)、超高分辨率傅里葉變換質譜(FT-ICR MS)和原子力顯微鏡成像(AFM)技術，觀測到石油中存在穩定的有機自由基和多環芳烴的多種結構，考慮到多環芳烴是具有高度電子離域的共軛體系，有望與自由基相互作用，作者提出聚集體可能是由自由基和不同結構的多環芳烴構成的。基于此，作者將薄餅鍵(Pancake bonding)作用首先應用于解釋瀝青質強烈的聚集傾向和自由基的穩定性，薄餅鍵在空間上以圓柱狀擇優取向，具有長度為0.31～0.32 nm的更緊密的鍵合距離，因此在瀝青質聚集中起主導作用的很可能是作用更強的薄餅鍵。實際上薄餅鍵的概念早在1969年已由Mulliken首次提出，Zhang等[35]只是將這一概念應用到瀝青質聚集的過程中。

1.3 瀝青質模型化合物聚集研究

除了對于瀝青質自聚集研究外，由于瀝青質模型化合物具有與瀝青質相似的結構和性質，瀝青質模型化合物的聚集及其對瀝青質聚集的影響研究也引起了廣泛關注。Rytting等[36]運用小角中子散射法研究了高純度氧釩石油卟啉(VOPPs)對瀝青質聚集的影響，結果表明，官能化程度更高的卟啉由于其相互作用位點多，在低溫下極易促進瀝青質的聚集，官能化程度低的卟啉則沒有利于瀝青質聚集的效果。近幾年來，筆者所在課題組就瀝青質模型化合物的聚集及其對瀝青質聚集的影響進行了深入探索。基于與石油卟啉相似的結構，邊穎慧[37]設計合成了新型結構酞菁衍生物(作者分別標記為模型化合物9和模型化合物16)，證明該類化合物有2種聚集方式：J-聚集方式為分子單體首尾相接，聚集體為球形納米粒子，主要是由分子間的氫鍵、靜電引力和疏水作用導致；H-聚集方式由分子單體面對面排列，聚集體為納米樹枝狀結構，主要是由酞菁分子大芳環結構的π-π堆積作用導致的。取代基中不含活潑氫原子的酞菁在溶液中聚集時呈現H-聚集體，而取代基中含有極性基團的酞菁，在聚集時呈現J-聚集體。在此基礎上還研究了模型化合物對瀝青質聚集的影響，從熒光光譜圖(見圖3)可以看出，酞菁模型化合物對瀝青質的熒光淬滅現象起著重要作用，這表明酞菁模型化合物促進了瀝青質的聚集。

圖3 酞菁模型化合物結構及其對瀝青質聚集的熒光發射光譜的影響[37]Fig.3 Structure of model phthalocyanine compound and its effect on the fluorescence emission spectra of asphaltene aggregation[37](a) Fluorescence emission spectrum of asphaltene and the mixture of asphaltene with model compound 9; (b) Fluorescence emission spectrum of asphaltene and the mixture of asphaltene with model compound 16

丁雪春[38]設計合成了苯基取代卟啉、金屬卟啉，研究了不同卟啉自身聚集情況以及對瀝青質聚集的影響。發現苯基取代卟啉與酞菁的聚集方式相似，聚集后卟啉分子間的作用增強，而且存在臨界聚集濃度，卟啉類化合物比瀝青質更易聚集。使用紫外-可見吸收光譜和熒光光譜測得苯基取代卟啉的臨界聚集質量分數為5.67 μg/g，金屬卟啉臨界聚集質量分數降低為3.09 μg/g，這表明金屬原子的存在增強了聚集體分子間的作用，但其主要作用力仍為π-π相互作用。另一方面，從計算XRD分析參數角度探究了卟啉類模型化合物對瀝青質聚集的影響，結果見表2。

由表2可以看出，卟啉類化合物與瀝青質形成共聚集體后，瀝青質芳香盤的層間距dm與鏈間距dr減小、堆積高度Lc和堆積層數Mc增加，這證明卟啉類模型化合物的加入促進了瀝青質的聚集且聚集體顆粒呈現團簇狀。由此分析了金屬卟啉促進瀝青質聚集的可能機理，見圖4。由圖4可以看出，金屬卟啉的π共軛結構與瀝青質的稠合芳環形成π-π堆積作用，從而加劇了瀝青質的聚集程度。

表2 瀝青質及卟啉與瀝青質聚集體的微晶參數[38]Table 2 Microcrystalline parameters of asphaltenes and aggregates of porphyrin with asphaltenes[38]

圖4 金屬卟啉促進瀝青質聚集的可能機理[38]Fig.4 Possible mechanism of asphaltenes aggregation due to metalloporphyrins[38]

另外，還可以從四苯基卟啉溶液及其與瀝青質混合溶液的顯微鏡照片(見圖5)上直觀看出四苯基卟啉對瀝青質聚集的影響。單獨的瀝青質甲苯溶液中瀝青質聚集體呈團簇狀且在溶液中分布均勻，聚集體的平均直徑約為5 μm(見圖5(a))。單獨的四苯基卟啉在甲苯中的聚集體呈圓球型，與瀝青質相比小且均勻，平均直徑約為1 μm(見圖5(b))。加入四苯基卟啉后的瀝青質溶液中形成的聚集體長度增大為10 μm，且形狀呈現長條狀和散枝狀(見圖5(c))，這表明四苯基卟啉的加入促進了瀝青質的聚集。

圖5 瀝青質、四苯基卟啉以及四苯基卟啉與瀝青質共聚物在甲苯溶液中的顯微鏡照片[38]Fig.5 Micrographs of asphaltenes, tetraphenylporphyrin and aggregates of tetraphenylporphyrin with asphaltenes in toluene solution[38](a) 300 μg/g asphaltene in toluene solution; (b) 150 μg/g tetraphenylporphyrin in toluene solution; (c) A mixture of 150 μg/g tetraphenylporphyrin and 300 μg/g asphaltene in toluene solution

2 瀝青質超分子聚集體的解聚

2.1 瀝青質形成超分子聚集的危害

由于瀝青質分子間存在多種相互作用力，瀝青質在重質油的開采、儲運以及加工過程中容易發生聚集現象，進而導致瀝青質沉積，由此給重質油的生產、加工帶來困難：在油藏演化過程中，瀝青質沉積會形成焦油層，從而降低原油采出率；在采油過程中瀝青質沉積析出降低采油裝置效率，增加生產成本；在原油儲運過程中瀝青質沉積使原油黏度增大，對輸油管道產生阻力，增加運輸成本；在重質油加工中，高溫加熱加速了瀝青質沉積，導致結焦，降低了輕質油收率[39-40]。基于瀝青質超分子聚集造成的危害，國內外學者們致力于研究瀝青質的解聚方法，試圖采用多種方法及技術解決瀝青質的聚集問題。

2.2 石油組分超分子聚集體的化學解聚方法

張淇源[41]研究了環烷基原油瀝青質液相氫化分解反應規律，采用傅里葉變換離子回旋共振質譜和GC-MS對瀝青質和模型化合物喹啉、吲哚等的液相氫化產物進行了分析，推測出了瀝青質的加氫途徑：熱作用下，瀝青質的側鏈先斷裂，瀝青質的部分芳環或雜環與來自富氫溶劑的氫自由基進行加氫發生環的飽和繼而裂化；同時部分瀝青質直接脫氫縮合直至生焦，或者生成次生瀝青質組分。另外對瀝青質微觀結構的分析表明，隨著反應的進行，似晶締合體堆疊高度由2.86 nm降至2.39 nm，單元片層數由9層降至7層，這說明瀝青質的液相氫化反應削弱了瀝青質芳香盤層間的堆疊程度，促進了瀝青質的解聚。

近年來，筆者所在課題組在瀝青質解聚研究方面做出了系列探索，闞愛婷[42]對減壓渣油瀝青質進行甲基化、烷基化處理，并對化學處理后的瀝青質產物進行解聚情況及再聚集性能分析，發現官能團甲基化后的瀝青質氫鍵作用減弱，其臨界聚集濃度增大，這意味著瀝青質發生了解聚且解聚后的瀝青質不易發生再聚集。同時發現瀝青質經烷基化后，其堆積層數和相對分子質量顯著減少，其中經過正丁基烷基化的瀝青質相對分子質量下降約一半，呈現較松散的薄片狀形貌，表明烷基化有利于瀝青質解聚。基于以上發現提出了瀝青質解聚及再聚集機理，如圖6所示。

圖6 瀝青質解聚及再聚集機理[42]Fig.6 Mechanism of asphaltenes deaggregation and reaggregation[42]

Bian等[43]采用分子動力學模擬與官能團甲基化實驗研究相結合的方法，探究了瀝青質甲基化后分子間相互作用力的變化規律，揭示了基于化學改造方法的瀝青質解聚機理。對甲基化后的瀝青質進行X射線衍射(XRD)分析及微晶參數計算，顯示甲基化后瀝青質鏈間距和層間距都增大，微晶的單元片堆積層數也由7.13層下降到6.79層，這表明瀝青質聚集體出現解聚傾向，并且甲基化可以減緩瀝青質再聚集，這與分子動力學模擬得出的瀝青質聚集相互作用能的數值變化(見表3)具有一致性。

表3 模擬20 ns得到的平均靜電能(Eele)、 范德華能(Evdw)和總相互作用能(Etotal)[43]Table 3 Average electrostatic energy (Eele), van der Waals energy (Evdw) and total interaction energy (Etotal) obtained by simulating 20 ns[43]

對甲基化前后的瀝青質進行獨立梯度(IGM)分析，結果見圖7。由圖7可以看出，甲基化反應后氫鍵消失，π-π堆積距離增加，范德華力始終是瀝青質聚集的主導作用力，瀝青質分子通過甲基化反應表現出更好的解聚效果。

圖7 瀝青質二聚體/三聚體甲基化前后IGM分析[43]Fig.7 IGM analysis of dimer/trimer of asphaltenes before and after methylation[43]Equivalent 0.005, blue equivalent represents hydrogen bond interaction, green equivalent represents van der Waals interaction； VA stands for original asphaltenes, subscript stands for aggregation number, M-VA stands for methylated asphaltenes, A stands for one side of the polyaromatic core and B stands for the opposite side. For example, VA2-AB represents the dimer formed by stacking the A side and B side of one polyaromatic core.The numbered structure (1)—(5) represents five hydrogen bonds of different strength.

姚志林[44]通過酰基化反應在瀝青質中引入不同鏈長的酰氧烷基側鏈，進而研究了酰基化對瀝青質分子聚集的影響。實驗表明，瀝青質經酰基化后其聚集體堆積層數由7層降低為3層，聚集體變得松散且再聚集能力顯著降低。并且酰基側鏈越長，側鏈形成的空間阻礙作用越強，同時考慮到烷基側鏈的親油性，酰基化的瀝青質與疏水溶劑的作用加強，進而削弱了瀝青質分子間的作用使瀝青質再聚集難度增大。在此基礎上，還研究了溫度和時間對瀝青質超分子聚集體的影響，數據顯示,溫度越高、放置時間越長，瀝青質的聚集程度越大。韋勝超[45]對瀝青質進行緩和加氫處理(反應溫度60～240 ℃、氫氣壓力1～3 MPa)，并利用多種表征手段對加氫前后瀝青質的聚集行為和微觀結構進行分析。結果表明：瀝青質緩和加氫后，聚集體顆粒的尺寸有所降低，分子中的芳香結構含量明顯減少，聚集體堆積層數由7層降低為3～4層，芳香盤層間距變大且分散程度增大，這意味著緩和加氫處理在一定程度上減弱了瀝青質的聚集能力。同時還考察了反應條件對瀝青質加氫解聚的影響，實驗表明，催化劑用量的增加及反應溫度的升高可以在一定程度上促進瀝青質聚集體的解聚。基于以上實驗及結果分析提出了緩和加氫解聚瀝青質的可能機理：瀝青質加氫處理后，聚集體中的部分芳香共軛結構被加氫飽和，稠合芳環的尺寸減小，π-π堆積作用被削弱，從而降低了聚集體的堆積程度。另一方面，緩和加氫處理可部分脫除瀝青質分子中的硫，減弱了瀝青質分子中極性官能團的含量，進而削弱氫鍵作用。緩和加氫處理同時削弱了π-π堆積作用和氫鍵作用，實現了瀝青質的部分解聚并阻止了其再聚集過程。初步的研究表明，渣油中的瀝青質經解聚后，渣油熱反應的焦炭產率降低，輕油收率提高。

蔡新恒等[46]基于瀝青質分子聚集內因，采用量子力學和分子動力學模擬提出了針對瀝青質分子聚集體中的π-π相互作用和氫鍵作用的解離對策。從減弱π電子的角度來削弱π-π相互作用，提出了加氫飽和以減少π電子數目的方法，并通過分子動力學模擬證明了該方法對瀝青質解聚的有效性。從分子構型上來看(見圖8)，加氫后π電子數目減少，瀝青質分子間間距變大，從0.3589 nm增長到0.9164 nm；氫鍵鍵長增大甚至氫鍵作用消失。基于氫鍵在瀝青質聚集中起到的作用，Quan等[47]提出了添加化學抑制劑的解聚方法，化學抑制劑可以通過與瀝青質形成更強的氫鍵來破壞其原有的氫鍵，從而滲透到瀝青質結構內部，而氫鍵強度會隨溫度升高而下降，所以在高溫下添加化學抑制劑可以達到加快氫鍵斷裂的目的，從而使瀝青質解聚。

圖8 瀝青質分子加氫后聚集體構型的變化[46]Fig.8 Changes of aggregate configuration after hydrogenation of asphaltene molecules[46]Black balls—C; White balls—H; Red balls—O; Yellow balls—S; Blue balls—N(a) Molecular configuration before hydrogenation； (b) Molecular configuration after hydrogenation

盡管目前關于瀝青質解聚的研究不斷增加，提出了多種瀝青質解聚方法，但由于不同來源、不同種屬的瀝青質結構和性質存在差異，這些解聚方法一般不具有普適性，同時解聚效果也并不顯著。隨著瀝青質結構模型研究的更加深入，今后瀝青質解聚方法研究也會更具針對性。

2.3 石油組分超分子聚集體的物理解聚方法

除化學方法外，一些物理方法也可用于瀝青質的解聚，主要包括微波輻射法、超聲波法等。微波輻射法可以使瀝青質聚集體發生破碎、分裂，并且輻射時間越長瀝青質聚集體破裂程度就越大[48]。超聲波也可以顯著抑制瀝青質聚集，并且存在一個最佳超聲波輻射時間[49]。闞愛婷[42]通過實驗證明超聲波是基于物理分散作用抑制瀝青質聚集，并不能引起瀝青質分子化學結構的改變。Jiang等[50]采用太赫茲時域光譜技術(THz-TDS)證明了磁場可以誘導懸浮膠體粒子解聚，為瀝青質聚集體的解聚提供了新方法。Cai等[51]介紹了通過電噴霧電離(ESI)這種軟電離技術可以實現瀝青質二聚體或多聚體的解聚。蔡新恒等[46]提出了引入π電子云分散劑甲苯來降低π電子云密度的方法，溫度298 K時甲苯對瀝青質分子聚集體的解離效果如圖9所示。引入π電子云分散劑甲苯后，瀝青質分子間距及氫鍵鍵長都變長，且分子間距及氫鍵鍵長隨著甲苯分子數的增多而變大，降低了分子間π-π相互作用同時也有利于減弱氫鍵作用，達到了瀝青質解聚的目的。趙理達等[52]指出了溶劑化法解聚瀝青質的內因，通過理論計算發現，含有強吸電子基團的溶劑易使溶劑分子內或分子間發生電子云變化，從而增大溶劑分子的偶極矩并與瀝青質分子產生遠程靜電作用，這有利于瀝青質的解聚和溶解。

d—Intermolecular distance; L—Hydrogen bond length圖9 溫度為298 K時甲苯對瀝青質分子聚集體的解離效果[46]Fig.9 Dissociation effect of toluene on asphaltene molecular aggregates at temperature of 298 K[46]M1, M2 and M3 are three asphaltene model molecules.(a) Intermolecular distance in 100 toluene molecules; (b) Intermolecular distance in 200 toluene molecules (c) Hydrogen bond length in 100 toluene molecules; (d) Hydrogen bond length in 200 toluene molecules

3 結論與展望

隨著瀝青質研究的不斷深入及分析手段的快速發展，人們對于瀝青質超分子聚集及解聚的認識不斷深入。在瀝青質超分子聚集研究方面，通過分子動力學模擬以及實驗研究業已證明，π-π相互作用、氫鍵作用和薄餅鍵作用(Pancake bonding)都可作為主導作用力促進瀝青質超分子聚集體的形成；在瀝青質聚集體解聚研究方面，提出了通過改變瀝青質分子結構的化學解聚方法，例如甲基化、烷基化、緩和加氫等可對瀝青質聚集體進行處理，化學解聚方法主要是通過調變瀝青質化學結構，削弱瀝青質分子間相互作用力，進而促進瀝青質解聚；同時提出了不破壞瀝青質分子結構的物理解聚方法，如超聲波法、微波輻射法等，物理解聚方法通過改變瀝青質物理狀態，從而實現瀝青質聚集體的解聚。但由于瀝青質結構和性質的復雜性，目前這些解聚方法并不高效，也不完全適用于不同來源、不同種屬的瀝青質結構。

隨著現代分析技術的快速發展，瀝青質分子結構必將被研究得越來越清晰。瀝青質分子間的相互作用不僅在定性方面被研究得更加深入，而且結合計算機模擬技術的發展將會進行定量方面的研究，這將會給瀝青質的聚集結構研究提供新的助力。隨著瀝青質超分子聚集結構研究的進一步深入，對瀝青質聚集體的解聚方法研究會更有效、更具針對性。