双离子对表面活性剂HYZ的合成与性能研究

论文摘要

随着石油工业的快速发展,油气开采逐步进入开发后期,伴之而来的残余油开采问题已成为研究的热点。传统的表面活性剂由于降解性差、活性低,显然已经很难满足生活和生产的需要,开发环境友好、性能优异的表面活性剂已成为一种趋势。本文借助氨基化合物的烷基化反应,以无水对氨基苯磺酸、1,2-二溴乙烷以及溴代烷为主要原料,制备了N,N’-乙撑双[乙基烷基对苯磺酸（钠）溴化铵]（HYZ系列）双离子对表面活性剂；通过红外光谱、核磁共振氢谱对其结构进行了表征；对其表面活性、复配性能、抗盐性能以及起泡性能等做了初步研究。结果表明：本文的表面活性剂目标物具有优异的表面活性,良好的协同效应,优异的起泡性能以及一定的抗盐能力。对目标物与油田常用的几种聚合物进行复配,室内考察了目标物组成的SP体系的应用性能。通过性能筛选,优选出聚合物AP-P4与HYZ复配,考察了该二元体系的稳定性,并对二元体系与原油的界面行为做了初步研究。结果表明：该二元体系具有明显降低原油界面张力的能力。本论文取得如下进展：1.以无水对氨基苯磺酸、1,2-二溴乙烷和溴代烷为主要原料,通过胺基上氮的烷基化反应合成了双离子对表面活性剂系列（HYZ）,并通过单因素法和正交实验法对合成条件做了优化。2.用IR和1H NMR对目标产物分子结构进行了初步表征。3.以HYZ系列表面活性剂水溶液的表面张力浓度依赖性,确定了它们的cmc和γcmc。与传统表面活性剂相比,HYZ表现出优异的表面活性。其中HYZ-12的表面活性最好,其cmc为0.5mmol/L,γcmc为24.5 mN/m。4.考察了无机盐对HYZ-12表面活性的影响。无机盐的加入能够使HYZ-12表面活性剂水溶液的cmc和γcmc有效降低,其降低的程度随阳离子电荷数越高而变大。5.考察了温度对HYZ-12表面活性剂水溶液的表面活性的影响,结果表明HYZ-12表面活性剂水溶液的cmc值随温度升高而升高,但其γcmc值有下降趋势。6.研究了HYZ系列与普通表面活性剂SDS、DTAB和Triton X-100复配体系的表面活性。结果表明与SDS和DTAB复配体系分别在摩尔比等于3：7时,其cmc和γcmc达到最低。而与非离子表面活性剂TX-100按不同摩尔比复配时,其cmc相比其它两个体系降的更低,但γcmc略有增加。7.对HYZ表面活性剂的泡沫性能进行了研究,并考察了不同价态无机盐对泡沫性能的影响。8.以经过筛选的三次采油聚合物AP-P4与HYZ-12组成SP体系,考察了该体系水溶液的表面活性和稳定性；测定了HYZ-12和HYZ-12/AP-P4复配体系的油水界面张力。HYZ-12的油水界面张力可达10-2mN/m量级。随HYZ-12/AP-P4复配体系中HYZ-12浓度增加油水界面张力降低,当浓度接近HYZ-12的cmc时,其界面张力达到最低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 传统表面活性剂的局限性
• 1.2 Gemini表面活性剂的研究进展
• 1.3 两性Gemini表面活性剂的合成进展
• 1.4 Gemini表面活性剂的结构与性质
• 1.4.1 Krafft点与溶解性
• 1.4.2 界面性质与临界胶束浓度
• 1.4.3 流变行为
• 1.4.4 相行为
• 1.4.5 协同效应
• 1.5 Gemini表面活性剂在油田中的应用前景
• 1.6 本文研究的现实意义及内容
• 1.6.1 研究的目的及现实意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 HYZ系列表面活性剂的合成
• 2.1 HYZ表面活性剂的合成原理
• 2.1.1 N,N'—（二对苯磺酸）乙二胺（HY1）的合成反应
• 2.1.2 N,N'—（二烷基二对苯磺酸钠）乙二胺（HY2）的合成反应
• 2.1.3 N,N'—乙撑双[乙烷基对苯磺酸（钠）溴化铵]（HYZ）的合成反应
• 2.2 材料,试剂与仪器
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 材料和试剂
• 2.3 HYZ表面活性剂合成的实施方法
• 2.3.1 HY1的合成
• 2.3.2 HY2的合成
• 2.3.3 HYZ的合成
• 2.4 中间体及目标产物主要分离方法
• 2.4.1 N,N'—（二对苯磺酸）乙二胺的分离
• 2.4.2 N,N'—（二烷基二对苯磺酸钠）乙二胺的分离
• 2.4.3 N,N'—乙撑双[乙基烷基对苯磺酸（钠）溴化铵]的分离
• 2.5 反应条件对中间体以及目标产物收率的影响
• cmc对疏水基碳原子数的依赖性'>2.5.1 目标物水溶液γ_cmc对疏水基碳原子数的依赖性
• 2.5.2 反应条件对HY1收率的影响
• 2.5.3 HY2-12收率影响因素的正交实验研究
• 2.5.4 HYZ收率影响因素的正交实验研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 HYZ表面活性剂的结构分析
• 3.1 HYZ表面活性剂的类型检验
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验试剂与仪器
• 3.1.3 实验方法与结果
• 3.2 HYZ-12的红外光谱
• 3.3 HYZ-12核磁共振氢谱
• 3.4 本章小结
• 第4章 HYZ的表面活性和复配性质研究
• 4.1 HYZ的表面活性
• 4.1.1 表面张力及其测定方法
• 4.1.2 HYZ水溶液表面张力的实验测定
• 4.1.3 HYZ水溶液表面张力的浓度依赖性
• cmc'>4.1.4 HYZ水溶液的cmc和γ_cmc
• 4.1.5 HYZ表面活性的结构分析
• 2）对HYZ-12表面活性的影响'>4.2 无机盐（NaCl与CaCl₂）对HYZ-12表面活性的影响
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 温度对HYZ-12表面活性的影响
• 4.3.1 实验试剂与仪器
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 实验结果及分析
• 4.4 HYZ表面活性剂的协同效应
• 4.4.1 试剂与仪器
• 4.4.2 实验方法
• 4.4.3 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 HYZ表面活性剂的起泡和稳泡性能
• 5.1 HYZ的起泡性和稳泡性
• 5.1.1 试剂与仪器
• 5.1.2 实验方法
• 5.1.3 实验结果及分析
• 5.2 无机盐对HYZ表面活性剂泡沫性能的影响
• 5.2.1 NaCl对HYZ表面活性剂起泡性和稳泡性的影响
• 2对HYZ表面活性剂起泡性和稳泡性的影响'>5.2.2 CaCl₂对HYZ表面活性剂起泡性和稳泡性的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 聚合物/HYZ表面活性剂二元体系性能的初步研究
• 6.1 聚合物筛选
• 6.1.1 实验试剂与仪器
• 6.1.2 聚合物的增粘性
• 6.1.3 无机盐对聚合物溶液粘度影响
• 6.1.4 温度对聚合物溶液粘度影响
• 6.1.5 聚合物与HYZ-12表面活性剂的配伍性
• 6.2 HYZ-12/AP-P4二元体系溶液/原油界面张力研究
• 6.2.1 实验试剂与仪器
• 6.2.2 实验方法
• 6.2.3 实验结果及分析
• 6.3 NaCl对HYZ-12/AP-P4二元体系油水界面张力影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果