季铵盐型双子表面活性剂的合成及其性能研究

发布时间：2017-04-12 05:17

  本文关键词：季铵盐型双子表面活性剂的合成及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双子表面活性剂因其特殊的分子结构和优异的性能，被誉为新一代表面活性剂。与传统单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂拥有更低的cmc值和更高的界面活性，同时其水溶液具备特殊的流变性能，在提高原油采收率领域拥有广阔的应用前景。本课题根据Gemini表面活性剂的结构特点，设计合成了系列疏水碳链长度不同的季铵盐型双子表面活性剂。在无溶剂条件下，采用溴代十四烷、溴代十六烷和溴代十八烷分别与N，N，N'，N'-四甲基乙二胺进行季铵化反应，合成了不同碳链长度的阳离子型双子表面活性剂—N，，N'-双(十四烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐(GS14-2-14)、N，N'-双(十六烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐(GS16-2-16)和N，N'-双(十八烷基二甲基)-1，2-二溴化乙二铵盐(GS18-2-18)。 采用红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(1HNMR)对产物进行结构检测。通过对红外光谱结果进行分析，证明了实验合成产物分子中存在季铵盐结构；核磁共振结果验证了产物中的双子结构；通过进行两种图谱的联合分析，最终证实了实验合成产物为目标产物-季铵盐型双子表面活性剂。 研究了产物随温度的变化引起的吸附和聚集行为。采用吊环法对产物的临界胶束浓度(cmc)进行测试，电导法测试结果印证了吊环法的测试结果。通过对表面张力测试数据进行热力学计算，发现产物中双子表面活性剂GS14-2-14拥有更为优异的表面活性，能够在水/空气界面排列更为紧密。通过测试不同温度下质量浓度与电导率的关系，得到溶液胶束化的相关热力学参数，如反离子结合度β，并证明溶液的胶束化过程是主要依靠熵驱动、自发进行的放热行为。采用旋转液滴法对产物降低油/水界面张力的能力进行测试，发现产物具备优异的界面活性，能够将油/水界面张力降低至10-3mN.m-1，明显优于传统单链表面活性剂。 研究了疏水碳链长度、温度、剪切速率、水杨酸钠(NaSal)、震荡角频率对季铵盐型双子表面活性剂流变行为的影响。结果表明：双子表面活性剂烷基链越长，其增黏能力也越强，温度升高、剪切时间延长均使体系黏度下降；根据Ostwald-de Waele方程对流体相关参数进行计算，发现双子表面活性剂均为非牛顿流体，且流体结构对体系黏度贡献明显；少量NaSal的加入对GS16-2-16水溶液的黏度行为影响甚微，当NaSal浓度达到1g/L后溶液黏度急剧下降，然而5.2g/L的NaSal使得十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)水溶液黏度骤增，接近无盐时GS16-2-16水溶液黏度的3倍。随着温度的升高，溶液的弹性模量G'和黏性模量G''先降低后趋平，然而随着震荡角频率的增加，G'和G''先上升后趋直；震荡角频率超过50rad/s后，GS14-2-14溶液的网状架构被破坏并无法恢复，不再具备弹性；通过对实验数据进行理论分析，发现由于剪切诱导作用，使得溶液的动态黏度η'(ω)与低剪切速率下流体触变性的预测不符。
【关键词】：双子表面活性剂 界面活性 流变行为 剪切稀释 Ostwald-de Waele幂律方程
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O647.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 国内外采油概况及发展趋势11-13
• 1.2 双子表面活性剂的研究进展13-21
• 1.2.1 双子表面活性剂的结构13
• 1.2.2 双子表面活性剂的性能13-17
• 1.2.3 Gemini 表面活性剂的分类与合成17-21
• 1.3 Gemini 表面活性剂的驱油机理及影响因素21-22
• 1.3.1 提高石油采收率的基本原理21
• 1.3.2 流变学理论基础及其在 Gemini 表面活性剂溶液体系中的应用21-22
• 1.4 选题的目的、意义及研究内容22-23
• 1.4.1 选题的目的和意义22-23
• 1.4.2 研究内容23
• 1.5 研究方法及技术路线23
• 1.5.1 正交试验法23
• 1.5.2 技术路线23
• 1.6 创新点23-25
• 2 季铵盐双子表面活性剂的合成及表征25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 试剂与仪器25-26
• 2.2.1 原料和试剂25-26
• 2.2.2 仪器26
• 2.3 阳离子 Gemini 的合成方法26-27
• 2.3.1 合成机理26-27
• 2.3.2 合成步骤27
• 2.4 结果与讨论27-32
• 2.4.1 红外光谱分析27-29
• 2.4.2 核磁共振氢谱分析29-32
• 3 季铵盐型 Gemini 表面活性剂的表界面活性研究32-43
• 3.1 表面张力的测定32-35
• 3.1.1 吊环法测定原理32
• 3.1.2 实验结果及分析32-35
• 3.2 双子表面活性剂物化参数的测定35-39
• 3.2.1 临界胶束浓度(cmc)35-36
• 3.2.2 反离子结合度(β)36-37
• 3.2.3 胶束化的热力学计算37-39
• 3.3 双子表面活性剂 GS14-2-14 和 GS16-2-16 降低油/水界面张力的能力测定39-43
• 3.3.1 旋滴法测定油/水界面张力原理39-40
• 3.3.2 实验结果及分析40-43
• 4 季铵盐型 Gemini 表面活性剂的流变性能43-54
• 4.1 静态流变行为试验43-48
• 4.1.1 双子表面活性剂溶液的配制43
• 4.1.2 黏度行为试验43
• 4.1.3 静态流变行为实验结果及分析43-48
• 4.2 动态流变行为测试48-52
• 4.2.1 溶液的配制48
• 4.2.2 实验方法48
• 4.2.3 动态流变行为实验结果及分析48-52
• 4.3 流体黏弹性的分析与讨论52-54
• 4.3.1 损耗因子 tg52
• 4.3.2 动态黏度η'(ω)和震荡角频率(ω)的关系52-54
• 5 结论与建议54-55
• 5.1 结论54
• 5.2 建议54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-62
• 攻读学位期间发表的学术论文目录62-63

【参考文献】

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本文编号：300807