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阴离子型孪连表面活性剂的合成与性能研究

作　者: 刘平
导　师: 李阳
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 硫酸盐型Gemini表面活性剂合成表/界面性质动态表面张力泡沫性能静态吸附
分类号: TQ423
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文从分子设计角度,为满足表面活性剂的驱油要求,确定合成疏水链和亲水基固定的联接基团结构不同的Gemini表面活性剂。以1,2-环氧十四烷烃和短碳链二醇为原料,经过开环、硫酸化和中和反应,成功合成了6种纯度高、结构明确的联接基团不同的硫酸盐型Gemini表面活性剂。反应中间体和产物均通过核磁共振氢谱、傅里叶红外光谱、电喷雾质谱等分析手段进行了结构鉴定。用合成的系列硫酸盐型Gemini表面活性剂作为模型化合物,研究其结构与性能的关系。主要研究内容和结论如下:通过测定硫酸盐型Gemini表面活性剂在纯水和一定离子强度水溶液中的表面张力,研究了其在水/空气界面的吸附行为,考察了温度、电解质等因素对吸附行为的影响。通过表面张力随浓度变化的γ-lgC曲线,获得临界胶束浓度(cmc)、临界胶束浓度下的表面张力(γcmc)、降低表面张力的效率(pC20)、最大吸附量(Γmax)和标准吸附自由能0? Gad等物化参数。结果表明,相对于传统表面活性剂,硫酸盐型Gemini表面活性剂具有很好的降低表面张力效率的能力,其cmc在10-5-10-6mol/L数量级,? Ga0d的绝对值很高,表面活性剂分子更易吸附在气/液界面上。联接基团链短的、微弱亲水性(能与水形成氢键)的疏水柔性基团的Gemini表面活性剂的γcmc最小。联接基团的亲水亲油性对表面吸附性质有重要影响。无机盐电解质的加入,中和了亲水基的部分电荷,削弱了吸附层中的静电排斥力,分子间的有序结构得到了加强,使得表面活性剂分子间相互吸引作用增强,表面活性增强。温度的变化会影响胶束的形成,从而改变水溶液的表面性质。测定了联接基团为EO的Gemini表面活性剂的动态表面张力,采用Rosen经验方程分析计算,得到了动态表面张力参数,进一步考察了联接基团不同的Gemini表面活性剂分子在气/液界面的吸附动力学行为。研究结果表明,随着联接基链的增长,t *值增大,n值增大,R1/2值减小,即分子在体相中的扩散减慢,吸附到溶液表面上的能力增强,动态表面活性降低。利用泡沫扫描仪测定了硫酸盐型Gemini表面活性剂的泡沫性能,考察了表面活性剂的分子结构、浓度、温度、以及无机盐电解质、聚合物和脂肪醇添加剂等因素对起泡性能和泡沫稳定性能的影响。实验发现,常温下此类表面活性剂有很好的起泡能力和泡沫稳定性。联接基结构的变化,或者外界条件的改变,本质都是改变了表面活性剂分子在泡沫表面膜上排列的疏密程度,从而影响了泡沫性能。测定了硫酸盐型Gemini表面活性剂与正构烷烃、原油体系的界面张力,考察了表面活性剂浓度、联接基团结构和无机盐对界面张力的影响。界面张力扫描发现,此体系Gemini表面活性剂的最小烷烃数为12,联接基团的结构对其不构成影响;硫酸盐型Gemini表面活性剂具有良好的耐盐性能。T2E1和T2H1有很高的界面活性,与孤岛东区原油体系的界面张力可以达到10-4mN/m。选择T2E1作为驱油用表面活性剂,考察了其在油砂中的静态吸附性能和热稳定性能,岩心驱油实验表明,其提高采收率可达16.3%。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-32
  1.1 前言  12-13
  1.2 驱油用表面活性剂的研究进展  13-15
  1.3 Gemini 表面活性剂的研究进展  15-27
    1.3.1 Gemini 表面活性剂的结构  16-17
    1.3.2 Gemini 表面活性剂的分类  17-18
    1.3.3 Gemini 表面活性剂合成的研究进展  18-21
    1.3.4 Gemini 表面活性剂性质的研究进展  21-27
  1.4 Gemini 表面活性剂的应用  27-31
    1.4.1 制备新材料  27-28
    1.4.2 用于生物技术领域  28
    1.4.3 杀菌消毒剂  28-29
    1.4.4 基因转染  29
    1.4.5 抑制金属腐蚀  29
    1.4.6 增溶分散方面应用  29-30
    1.4.7 三次采油中的应用  30-31
  1.5 论文的研究目的意义及主要内容  31-32
第二章硫酸盐型 Gemini表面活性剂的合成与表征  32-39
  2.1 实验试剂与仪器  32-33
    2.1.1 主要试剂  32
    2.1.2 仪器  32-33
  2.2 合成方法和实验步骤  33-38
    2.2.1 合成方法  33
    2.2.2 合成步骤  33-34
    2.2.3 产物表征  34-38
  2.3 本章小结  38-39
第三章硫酸盐型 Gemini表面活性剂水溶液表面性质研究  39-57
  3.1 硫酸盐型Gemini 表面活性剂的溶解性  40-41
    3.1.1 试剂与仪器  40
    3.1.2 实验方法  40
    3.1.3 结果与讨论  40-41
  3.2 硫酸盐型Gemini 表面活性剂水溶液表面张力测定  41-49
    3.2.1 试剂与仪器  41
    3.2.2 实验方法  41
    3.2.3 数据处理的理论基础  41-43
    3.2.4 结果与讨论  43-49
  3.3 硫酸盐型 Gemini 表面活性剂动表面张力研究  49-55
    3.3.1 试剂与仪器  50
    3.3.2 实验方法  50
    3.3.3 数据处理的理论基础  50-51
    3.3.4 结果与讨论  51-55
  3.4 本章小结  55-57
第四章硫酸盐型 Gemini表面活性剂泡沫性能研究  57-73
  4.1 前言  57-61
    4.1.1 泡沫驱油技术研究现状  57-59
    4.1.2 表面活性剂结构与泡沫性能的关系  59-61
  4.2 实验部分  61-63
    4.2.1 试剂与仪器  61-62
    4.2.2 实验方法  62-63
  4.3 结果讨论  63-71
    4.3.1 硫酸盐型Gemini 表面活性剂结构对泡沫性能的影响  63-64
    4.3.2 温度对泡沫性能的影响  64-65
    4.3.3 浓度对泡沫性能的影响  65-66
    4.3.4 无机盐对泡沫性能的影响  66-67
    4.3.5 聚合物对泡沫性能的影响  67-68
    4.3.6 脂肪醇对泡沫性能的影响  68-71
  4.4 本章小结  71-73
第五章硫酸盐型 Gemini表面活性剂水溶液界面性质研究  73-85
  5.1 实验部分  74
    5.1.1 试剂与仪器  74
    5.1.2 实验方法  74
  5.2 结果与讨论  74-84
    5.2.1 Gemini 表面活性剂/正构烷烃体系  74-78
    5.2.2 Gemini 表面活性剂/原油体系  78-81
    5.2.3 T2E1表面活性剂的驱油实验  81-84
  5.3 本章小结  84-85
结论及建议  85-87
参考文献  87-101
附录  101-111
攻读博士学位期间取得的研究成果  111-112
致谢  112-113
作者简介  113

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