非常规石油矿（油砂、油页岩、沥青岩等）储量丰富,是原油的重要补充。溶剂萃取作为非常规石油矿（尤其是高含沥青质的含油矿）的通用型分离方法,已被大量研究和中试试验。本文针对油砂溶剂萃取后残渣中残留溶剂回收问题展开研究,在本课题组提出的CO2鼓泡分离残留溶剂方法的基础上,进一步研究了化学添加剂和微气泡对鼓泡分离效率的强化作用及机制。本文首先从化学强化的角度,采用不同种类表面活性剂（阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、双亲性表面活性剂、高分子表面活性剂）强化CO2鼓泡分离过程,以去除萃余砂中残留有机溶剂。研究结果发现阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）对CO2鼓泡分离过程具有正向促进作用。当鼓泡时间少于10 min时,SDS的引入可使体系中甲苯的残留量降低5-10%;当鼓泡时间在10-20 min范围内时,SDS的引入可使体系中甲苯的残留量降低26-56%,这主要是因为十二烷基硫酸钠（SDS）的存在增加了固体颗粒的亲水性,有利于溶剂分子从固体表面脱离。然而,阳离子表面活性剂（十四烷基三甲基溴化铵）与双亲性表面活性剂（月桂基甜菜碱）对CO2鼓泡分离过程表现出抑制作用,这是因为经十四烷基三甲基溴化铵(C14TAB)和月桂基甜菜碱（SB-12）处理后的固体表面疏水性增强（接触角更大）。高分子表面活性剂由于增加了溶液的粘度,阻碍了甲苯的传质,抑制了鼓泡分离过程的进行。与表面活性剂强化不同,将纳微CO2气泡（10-200 nm和1-20μm）引入该体系,纳微CO2气泡可与CO2大气泡（2 mm）协同作用,进而强化鼓泡分离。实验结果显示,固定水流量为10 L/min,当鼓泡时间为10 min时,纳微米气泡的引入可使体系中甲苯的残留量降低56.14%。进一步探究了纳微米气泡的加入量及水量对鼓泡分离过程中溶剂去除的影响,得出在纳微气泡强化鼓泡分离实验中的最优操作条件。通过分子动力学模拟发现,相比于CO2大气泡,纳米级气泡与油滴之间的静电引力更强,更易聚并。当油水界面聚集有沥青质（溶剂萃取过程中残留部分油组分）时,沥青质界面膜可减弱纳米级气泡与油滴之间的引力,阻碍纳米气泡与液滴聚并。根据上述两种不同的强化措施结果,进一步探究表面活性剂和纳微气泡的强化效果的普适性,结果发现,在不同溶剂的去除过程中,SDS和纳微气泡对于鼓泡分离的影响趋势相同,SDS和纳微气泡强化鼓泡分离技术适用于油性溶剂和部分不易从矿物表面脱离的非油性溶剂。本文的研究成果将为重质油固体系溶剂萃取工艺产生的萃余砂中残留溶剂的分离回收提供基础数据和理论参考,有利于促进溶剂萃取工艺和鼓泡分离工艺的工业化应用。