驱油用新型甜菜碱表面活性剂的合成及性能研究

发布时间：2017-03-26 16:12

  本文关键词：驱油用新型甜菜碱表面活性剂的合成及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：羟基磺基甜菜碱型表面活性剂是一种甜菜碱型两性表面活性剂,以其独特的内盐结构,具有较强的耐温、耐盐能力,同时在较宽的pH值范围内具有良好的界面活性剂,此外还具有与其他表面活性剂优良的复配性能,作为驱油用表面活性剂,在三次采油领域具有广阔的应用前景。以环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠、长链脂肪醇、二甲胺等为原料,通过各中间产物的合成,最终制得系列双羟基磺基甜菜碱表面活性剂,N-(3-烷氧基-2-羟基)丙烷基-N,N-二甲基铵基-2-羟基丙磺酸钠(CnSZ n=8,10,12,14,16)。其中,采用单因素法优化合成3-氯-2-羟基丙磺酸钠中的投料比,以及中间产物缩水甘油醚合成过程中的最佳温度,对季铵化反应进行正交优化实验确定最佳反应条件。并运用红外光谱、核磁氢谱对中间产物和终产物进行结构表征。测定了合成的系列新型表面活性剂的Krafft点、表面性质、抗硬水稳定性。结果表明：五种表面活性剂的krafft点均低于0℃,表现出良好的水溶性；临界胶束浓度(CMC)和表面张力(γcmc)随着疏水链从C8至C16分别从9.1×10-4mol/L减小到4mol/L由36.4mN/m减小至30.9mN/m,其中C16的Ycmc略有增加,为31.2mN/m,但均低于传统的阳离子十二烷基(N,N,N-三甲基)溴化铵、阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠,表现出较高的表面活性；其他表面活性参数pC20、Γmax、Amin求解结果显示该类表面活性剂在气液界面吸附强,降低表面张力的效率高；在硬水中的平均稳定性等级均在4级,抗硬水能力良好。此外,采用Warning-Blender法对五种表面活性剂的泡沫性能进行测试,确定最佳发泡浓度,发泡体积与半衰期随着碳链增加均呈现先增加后减小,C14SZ发泡性和泡沫稳定性最好。通过分水法研究乳化性能,结果表明随着碳链的增长,最佳乳化浓度逐渐减小,乳液稳定性增强。考察合成的表面活性剂油水界面性能,结果表明C12SZ、C14SZ在浓度为0.4wt%时油水界面张力达到10-3mN/m数量级,达到驱油用表面活性剂要求,且其抗温抗盐稳定性优于十二烷基丙基磺基甜菜碱表面活性剂。选用C12SZ、 C14SZ与非离子、阴离子、阴-非两性离子表面活性剂进行复配体系界面性能与抗温抗盐稳定性研究,以及优化复配比例,最终确定C12SZ与脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠(AESO)为最优复配体系。本文还研究了温度、盐浓度、pH对C12SZ+AESO (I4)体系界面性能影响,结果显示复配体系分别在35～85℃温度范围内,Na+浓度达到4OOOOmg/L, Ca2+离子浓达到5000mg/L, pH值在2-12范围内,油水界面张力均在103mN/m范围内,达到驱油用表面活性剂要求,表现出良好的耐温性、抗盐性、较宽pH稳定性。由于该复配体系中羟基磺基甜菜碱表面活性剂特殊的内盐结构与所含的羟基,以及阴-非两性离子表面活性剂分子中聚氧乙烯链使得体系在高温高盐油藏条件下表现出良好的稳定性,超低油水界面张力,同时表现出较宽pH使用范围的特性。
【关键词】：羟基磺基甜菜碱型表面活性剂 合成 表面性质 泡沫性 超低界面张力 复配及优化
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ423;TE357.46
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 两性表面活性剂10-11
• 1.2.1 两性表面活性剂概述10-11
• 1.2.2 甜菜碱型表面活性剂概述11
• 1.3 甜菜碱表面活性剂分类与合成研究11-17
• 1.3.1 羧基甜菜碱型表面活性剂12-13
• 1.3.2 磺基甜菜碱型表面活性剂13-15
• 1.3.3 其他类甜菜碱型表面活性剂15-17
• 1.4 甜菜碱表面活性剂的性能研究17-18
• 1.5 选题目的与意义18
• 1.6 研究内容18-20
• 第2章 双羟基磺基甜菜碱表面活性剂的合成20-36
• 2.1 实验材料及试剂20-21
• 2.2 3-氯-2-羟基丙磺酸钠的合成21-24
• 2.2.1 实验方案21-22
• 2.2.2 实验步骤22
• 2.2.3 结果与讨论22-24
• 2.2.3.1 反应条件的确定22-23
• 2.2.3.2 3-氯-2-羟基丙磺酸钠结构表征23-24
• 2.3 长链烷基缩水甘油醚的合成24-27
• 2.3.1 实验方案24-25
• 2.3.2 实验步骤25
• 2.3.3 结果与讨论25-27
• 2.3.3.1 反应条件的确定25-26
• 2.3.3.2 烷基缩水甘油醚红外谱图分析26-27
• 2.4 叔胺的合成27-29
• 2.4.1 实验方案27
• 2.4.2 实验方法27-28
• 2.4.3 结果与讨论28-29
• 2.5 双羟基磺酸盐甜菜碱表面活性剂的合成29-34
• 2.5.1 实验方案29
• 2.5.2 实验步骤29-30
• 2.5.3 结果与讨论30-34
• 2.5.3.1 反应条件的确定30-31
• 2.5.3.2 产物提纯31
• 2.5.3.3 产物结构表征31-34
• 2.6 小结34-36
• 第3章 双羟基磺基甜菜碱表面活性剂的性能研究36-52
• 3.1 实验材料及试剂36-37
• 3.2 实验内容及方法37-40
• 3.2.1 Krafft点的测定37
• 3.2.2 表面张力的测定37-38
• 3.2.3 抗硬水性38-39
• 3.2.4 泡沫性能的测定39-40
• 3.2.5 乳化性能的测定40
• 3.3 结果与讨论40-50
• 3.3.1 Krafft点及其熔点40
• 3.3.2 表面张力及其物性参数40-44
• 3.3.3 抗硬水性44-45
• 3.3.4 泡沫性能的测定45-48
• 3.3.5 乳化性能的测定48-50
• 3.4 小结50-52
• 第4章 双羟基磺基甜菜碱表面活性剂驱油体系的性能研究52-64
• 4.1 实验材料及试剂52-53
• 4.2 实验内容及方法53-54
• 4.2.1 测定原理53-54
• 4.2.2 测定方法54
• 4.3 结果与讨论54-62
• 4.3.1 产物的界面活性研究54-56
• 4.3.2 复配体系界面活性研究56-58
• 4.3.3 温度对复配体系界面活性影响58-59
• 4.3.4 无机盐对复配体系界面活性影响59-61
• 4.3.5 pH复配体系界面活性影响61-62
• 4.4 小结62-64
• 第5章 结论64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-73
• 发表论文73

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