酰胺基改性羧酸盐类表面活性剂的合成及性能研究

论文摘要

根据三次采油用泡沫驱油体系的要求及文献调研,设计合成了以酸酐和脂肪胺为原料的酰胺基改性羧酸盐类两个系列八种表面活性剂。以低碳酸酐邻苯二甲酸酐和顺丁烯二酸酐与长碳链脂肪伯胺（十八胺、十六胺、十四胺、十二胺）的酰胺化反应,具有原料廉价易得,合成工艺简单等优势。探讨了酰胺化反应中溶剂、反应温度、反应时间和投料比等因素对反应收率的影响。并通过正交试验和单因素试验确定了较佳反应条件。邻苯二甲酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成的优化条件为:以二氯甲烷为溶剂,反应温度35℃,反应时间15min,邻苯二甲酸酐/脂肪胺的摩尔比1.1:1,收率均可达80%以上;顺丁烯二酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成的优化条件为:以氯仿为溶剂,反应温度35℃,反应时间15min,顺丁烯二酸酐/脂肪胺的摩尔比1.1:1,收率均可达80%以上。研究了产物的分离提纯方法,并用重结晶方法对产物进行了分离提纯。探讨了用高效液相色谱对产品纯度进行分析的条件,结果表明,重结晶后产品纯度均可达到95%以上。通过红外光谱、质谱和核磁共振氢谱对产品结构进行了表征。评价了不同碳链、不同结构的表面活性剂溶液表面性能和原油/水间界面性能,并研究了亲油基结构对性能的影响规律,以期能为该类表面活性剂在三次采油中的应用提供基础数据和技术支持。在蒸馏水和模拟大庆油田矿化水条件下,对比研究了产品的泡沫性能。顺丁烯二酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂在矿化水中综合泡沫指数达到300000以上,表现出优异的抗盐性。模拟大庆油田矿化水条件,对产品的原油/水间界面张力进行了研究。邻苯二甲酸单十八酰胺羧酸钠、邻苯二甲酸单十四酰胺羧酸钠、顺丁烯二酸单十八酰胺羧酸钠在界面张力方面表现出良好的性能,在适宜的条件下分别可以达到2.16×10-3mN·m-1,4.25×10-3 mN·m-1,4.02×10-3 mN·m-1的超低界面张力。并且研究发现,同系列产品中,碳链越长,降低原油/水间界面张力的能力越强。测定了产品的表面张力和CMC,根据吉布斯吸附等温式,计算出饱和吸附量、分子表面面积、胶团形成标准自由能变量、表面吸附标准自由能变量和表面吸附效率pC20。其中,两系列表面活性剂表面张力在30.34～38.24 mN·m-1之间,表明产品具有较高的表面活性;pC20在3.88～4.85之间,表明产品具有较高的降低表面张力的效率;△Go-mic均为负值,说明产品在水溶液中单体缔合成胶束的过程可以自发进行。以上产品表面化学性质方面重要参数的获得,为产品的应用研究奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 酰胺类表面活性剂研究进展
• 1.2.1 酰卤与胺化物反应
• 1.2.2 酸酐与胺化物反应
• 1.2.3 胺解法
• 1.2.4 脂肪酸法
• 1.3 产品的性能评价
• 1.3.1 泡沫性能
• 1.3.2 界面张力
• 1.3.3 产品表面化学性质
• 1.4 低张力泡沫体系的应用
• 1.4.1 低张力泡沫体系在油田中的应用
• 1.4.2 低张力泡沫体系在分离中的应用
• 1.4.3 低张力泡沫体系在灭火中的应用
• 1.5 本论文主要工作
• 第二章 邻苯二甲酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成
• 2.1 邻苯二甲酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成的意义
• 2.2 主要仪器与药品
• 2.3 反应原理及合成路线
• 2.3.1 反应机理
• 2.3.2 合成路线
• 2.4 实验方案
• 2.4.1 正交试验
• 2.4.2 正交试验数据处理
• 2.4.3 单因素对比试验
• 2.5 合成实验
• 2.5.1 邻苯二甲酸单十八酰胺羧酸的合成
• 2.5.2 邻苯二甲酸单十六酰胺羧酸的合成
• 2.5.3 邻苯二甲酸单十四酰胺羧酸的合成
• 2.5.4 邻苯二甲酸单十二酰胺羧酸的合成
• 2.6 产品表征
• 2.6.1 邻苯二甲酸单十八酰胺羧酸
• 2.6.2 邻苯二甲酸单十六酰胺羧酸
• 2.6.3 邻苯二甲酸单十四酰胺羧酸
• 2.6.4 邻苯二甲酸单十二酰胺羧酸
• 2.7 结果与讨论
• 第三章 顺丁烯二酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成
• 3.1 顺丁烯二酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂合成的意义
• 3.2 主要仪器与药品
• 3.3 反应原理及合成路线
• 3.3.1 反应机理
• 3.3.2 合成路线
• 3.4 实验方案
• 3.4.1 单因素试验
• 3.4.2 单因素试验数据分析
• 3.5 合成实验
• 3.5.1 顺丁烯二酸单十八酰胺羧酸的合成
• 3.5.2 顺丁烯二酸单十六酰胺羧酸的合成
• 3.5.3 顺丁烯二酸单十四酰胺羧酸的合成
• 3.5.4 顺丁烯二酸单十二酰胺羧酸的合成
• 3.6 产品表征
• 3.6.1 顺丁烯二酸单十八酰胺羧酸
• 3.6.2 顺丁烯二酸单十六酰胺羧酸
• 3.6.3 顺丁烯二酸单十四酰胺羧酸
• 3.6.4 顺丁烯二酸单十二酰胺羧酸
• 3.7 结果与讨论
• 第四章 性能评价
• 4.1 主要仪器
• 4.2 泡沫性能的测定
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 起泡剂浓度对泡沫综合指数（FCI）的影响
• 4.2.3 矿化度对泡沫综合指数（FCI）的影响
• 4.3 原油/水间界面张力的测定
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 碱浓度对原油/水间界面张力的影响
• 4.3.3 表面活性剂浓度对原油/水间界面张力的影响
• 4.3.4 盐浓度对原油/水间界面张力的影响
• 4.4 表面化学性质测定
• 4.4.1 邻苯二甲酸单十八酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.2 邻苯二甲酸单十六酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.3 邻苯二甲酸单十四酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.4 邻苯二甲酸单十二酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.5 邻苯二甲酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂溶液的表面性质参数
• 4.4.6 顺丁烯二酸单十八酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.7 顺丁烯二酸单十六酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.8 顺丁烯二酸单十四酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.9 顺丁烯二酸单十二酰胺羧酸钠表面张力及CMC
• 4.4.10 顺丁烯二酸单酰胺羧酸钠系列表面活性剂溶液的表面性质参数
• 第五章 结论
• 参考文献
• 学术论文及研究成果
• 致谢