陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進展

1、陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進展 陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進展趙勝緒 石工 11-10 班摘要 摘要：本文綜述了陰離子表面活性劑在粘土表面吸附作用的最新研究進展，介紹了表面活性劑在固液界面上吸附等溫線及其通式，以此來闡述陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附機理，并對驅油用陰離子表面活性劑的研發(fā)方向進行了展望。關鍵詞 關鍵詞：陰離子表面活性劑；吸附等溫線；吸附機理引言 引言陰離子表面活性劑在石油工業(yè)，尤其是

2、在油田提高采收率方面應用最為廣泛，其中，用于油田開發(fā)的陰離子表面活性劑約占工業(yè)用量的 17%[1]。復合驅是油田提高采收率的重要手段，在三元復合驅（ASP）中，陰離子表面活性劑作為驅油劑向油藏深部運移的過程中易與粘土表面發(fā)生吸附而造成損耗，引起驅油效率大大降低，從而導致提高采收率效果不明顯[2]。本文對陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進展進行了綜述，以期為我國開展相關基礎研究，準確評估陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用狀況，研

3、制符合我國油田特征的新型陰離子表面活性劑提供科學參考。1 研究進展 研究進展1944 年 R.G.Aiken 首次發(fā)現(xiàn)棉花、羊毛從水溶液中吸附烷基硫酸鹽的吸附等溫線在CMC 附近出現(xiàn)最大值并跟隨一個最小值。七十年代以來，隨著化學驅提高采收率研究的發(fā)展，J.B.Lawson（1978） ，H.S.Hanna 和 P.Somasundaran（1979） ，楊承志（1983）等使用不同的體系得到了類似的結果。盡管有人發(fā)現(xiàn)了符合 Langmu

4、ir 模型的吸附體系，但是許多人對經典的 B.E.T 理論和 Langmuir 模型能否解釋兩親物質在固體表面的吸附層狀態(tài)表示懷疑。后來，兩親物質的吸附理論有了很大發(fā)展[3]。楊承志（1988）對表面活性劑吸附理論的最新進展進行了綜述，介紹了 R.S.Schechter 的相分離模型、J.M.Cases 的熱力學模型和P.Somasundaran 的膠束排斥模型。朱徙瑤和顧惕人（1990）為闡明表面活性劑在固液界面上的吸附規(guī)律進行了一系

5、列研究，并報道了各種類型的吸附等溫線，包括 Langmuir 型（L） 、S 型（S）和雙平臺型（LS）等溫線。先是提出了二階段吸附模型，后來又根據(jù)質量作用定律從理論上發(fā)展了計算表面膠團聚集數(shù) n、表面聚集平衡常數(shù) k 和表面聚集自由能 的方法，并將兩者相結合首次推導出適用于表面活性劑在固液界面吸附的通用等 ?𝐺 0hm溫線公式，可以定量描述各種類型的吸附等溫線，從而更加便捷地獲取表面活性劑吸附過程的重要資料[4]。近些

6、年來，隨著陰離子表面活性劑在油田開發(fā)中的應用越來越廣泛，相關研究也不斷增多。魏宏斌（1996）對陰-陽離子表面活性劑在粘土礦物表面的混合吸附規(guī)律進行研究，成功地將吸附等溫線與吸附平衡溶液的電導率曲線有效地結合起，提出了可能的吸附機理，很好的解釋了吸附等溫線的最大值[5]。田仲強（2002）和王業(yè)飛（2002）對陰離子表面活性 ABS 劑在油砂和凈砂表面的吸附規(guī)律進行對比研究并得出相似結論，ABS 在油砂和凈砂表面上的吸附等溫線均呈典型的

7、“S”型，ABS 在凈砂表面的吸附量是在出現(xiàn)最大值且經歷較小幅度的下降后出現(xiàn)一個平臺 ,而在油砂表面的吸附量是在出現(xiàn)最大值后大幅度下降，表明用油砂來考察表面活性劑的吸附損耗更接近實際地層情況[6,7]。張志軍（2003） ，程斌（2004）和鄭延成（2005）討論分析了石油磺酸鹽與其他表面活性劑復配體系的低表面張力特性以及在驅油過程中的沉積損耗和在油砂表面上的吸附損耗，并指出改性石油磺酸鹽和結構性能關系清晰的合成石油磺酸鹽是今后的發(fā)展趨

8、勢[8-10]。唐善法（只存在于離子型表面活性劑的場合）或范德華力與固體表面直接相互而吸附，平衡時則有：吸附位+表面活性劑單體?吸附單體該過程的平衡常數(shù)為 (1) 𝑘1 =𝑎1𝑎𝑠𝑎 式中，a 為溶液中表面活性劑單體的濃度，對于稀溶液可以用 c 來代替；a1 和 as 分別為吸附單體和空吸附位的活度。第二表面活性劑分子或離子與吸附了的表面活性劑單體通過它

9、的碳氫疏水相互作用形成表面膠團，平衡時則有(2) 𝑘2 =𝑎sm𝑎1𝑎𝑛 ? 1 式中，asm 是表面膠團的活度；n 是表面膠團的聚集數(shù)。a1、as、asm 可近似用單體的吸附量 Γ1、空吸附位的數(shù)目 Γsm 和表面膠團吸附量 Γs 代替，故(1)式和(2)式可寫作(3) 𝑘1 =𝛤1𝛤1𝑐

10、(4) 𝑘2 =𝛤sm𝛤1𝑐𝑛 ? 1根據(jù)在任意濃度 c 時，表面活性劑的總吸附量Γ和極限吸附量 ?！薜奈锢硪饬x，可知(5) 𝛤 = 𝛤1 + 𝑛𝛤sm (6) 𝛤∞ = 𝑛(𝛤s + 𝛤1 + 𝛤sm)將(3)式、

11、(4)式、(5)式和(6)式合并，得(7) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑐(1𝑛 + 𝑘2𝑐𝑛 ? 1)1 + 𝑘1𝑐(1 + 𝑘2𝑐𝑛 ? 1)此即為表面活性劑在固液界面的通用等溫式。由(7)式可知：① 當 k2=0，即不形成表面膠團時，則 n

12、=1，故(8) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑐1 + 𝑘1𝑐此式即為 Langmuir 方程，可描述 L 型等溫線。②當 k2≠0，而 n＞1，且 k2cn-1>1/n 時，則(7)式(10) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑘2𝑐𝑛1 + 𝑘1Ү