系列烷基苯磺酸鹽純化合物的合成及界面性能的研究.pdf

1、重烷基苯磺酸鹽是近年來國(guó)內(nèi)重點(diǎn)開發(fā)研究的性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的驅(qū)油用表面活性劑之一。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田已進(jìn)入高含水階段，2007年大慶油田將使用重烷基苯磺酸鹽進(jìn)行三次采油。但是，因?yàn)橹赝榛交撬崾腔旌衔?，產(chǎn)品質(zhì)量極不穩(wěn)定，難以達(dá)到穩(wěn)定高效驅(qū)油的要求。因此從合成一系列結(jié)構(gòu)單一明確的純化合物出發(fā)，解決重烷基苯中哪種組分起主要的驅(qū)油作用，以及怎樣進(jìn)行餾份的切割、組分搭配的實(shí)際問題具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 本文從分子設(shè)計(jì)的角度，合

2、成了一系列高純度的單烷基和二烷基苯磺酸鹽。以一定鏈長(zhǎng)的脂肪酸為原料，經(jīng)氯化反應(yīng)生成酰氯，再與苯?；玫酵榛酵Ｍ榛酵c格氏試劑反應(yīng)合成的叔醇經(jīng)還原，生成苯環(huán)在中間位置的烷基苯，將其磺化、中和得到具有單一結(jié)構(gòu)的苯環(huán)在碳鏈上任一固定位置的烷基苯磺酸鹽。此外在合成帶附加基團(tuán)的二烷基苯磺酸鹽時(shí)，還對(duì)合成路線進(jìn)行了改進(jìn)，用多聚磷酸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三氯化鋁作催化劑；用羧酸代替酰氯作酰化劑，反應(yīng)溫和，避免很多的副反應(yīng)，還縮短了合成路線。叔醇的還原使用

3、了氫碘酸還原的改良方法，反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，產(chǎn)品純度高。通過對(duì)表面活性劑的提純研究表明，產(chǎn)品在復(fù)配比例適當(dāng)?shù)漠惐己退幕旌先軇┲兄亟Y(jié)晶，可以達(dá)到較高的純度。本文所合成的表面活性劑用兩相滴定法分析純度在95﹪左右，通過1HNMR、MS、GC/MS驗(yàn)證了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和分子量。中間體的純度和結(jié)構(gòu)分別以GC和GC/MS進(jìn)行了分析。 通過測(cè)定純樣品在純水中的表面張力，繪制表面張力-濃度對(duì)數(shù)曲線，得到各烷基苯磺酸鈉異構(gòu)體純化合物的cmc

4、、γcmc、Γcmc和Am值，并研究它們之間的關(guān)系，得到如下規(guī)律：烷基碳鏈總長(zhǎng)度不變，隨苯環(huán)向烷基鏈中間移動(dòng)，表面活性劑分子親油基的體積增大，一方面不利于形成膠束，使cmc增大;另一方面，當(dāng)吸附于溶液表面時(shí)分子占有面積Am增大，Γmax就減少。烷基總碳數(shù)增加，表面活性劑的疏水性增強(qiáng)，cmc減小，Γmax增大、Am減小，γcmc變大?；撬峄奈恢脤?duì)γcmc值影響不大，只是使長(zhǎng)碳鏈上苯環(huán)位數(shù)的變化對(duì)γcmc值影響不明顯。 比較了長(zhǎng)烷

5、基鏈總碳數(shù)為十四，十六，十八的單烷基苯磺酸鹽在烷烴/水界面張力，結(jié)果表明以總碳數(shù)為十六的單烷基苯磺酸鹽為好。研究了單烷基苯磺酸鹽苯環(huán)位置對(duì)界面張力的影響，結(jié)果表明表面活性劑隨苯環(huán)在長(zhǎng)碳鏈上位置的增加，降低界面張力的能力增強(qiáng)，且所需最佳堿濃度減小。通過對(duì)單烷基苯磺酸鹽和二烷基苯磺酸鹽的降低界面張力能力的比較，結(jié)果表明附加基團(tuán)在一定程度上可以改善烷基苯磺酸鹽降低界面張力的能力，而且使達(dá)到最低界面張力所需的最佳堿度要小。所以從理論上說，帶附加

6、基團(tuán)苯環(huán)連接在靠近烷基鏈中間位置的長(zhǎng)碳鏈烷基苯磺酸鹽有可能是理想的驅(qū)油用表面活性劑的趨向。 研究了烷基苯磺酸鹽表面活性劑對(duì)原油的界面性質(zhì)，結(jié)果表明原油的動(dòng)態(tài)界面張力行為與烷烴的不同，一般情況下，一開始界面張力隨時(shí)間變化很快降低，達(dá)到最小值(DIFTmin)后又迅速回升直到趨于平衡(DIFTequ)，DIFTequ往往要比DIFTmin高很多。烷基苯磺酸鹽表面活性劑對(duì)原油的界面活性規(guī)律與烷烴的基本上是一致的，帶附基團(tuán)的7位產(chǎn)品對(duì)原

7、油降低界面張力的能力效果很差，與烷烴的結(jié)果相差很大。7φC16S、M5φC16S總是能夠在低堿度下產(chǎn)生很好的降低界面張力的效果。因此可以更為肯定地得到這樣的結(jié)論，即長(zhǎng)烷基鏈碳數(shù)為16并且苯環(huán)靠近烷基鏈中間位的單烷基苯磺酸鹽和帶附加基團(tuán)的二烷基苯磺酸鹽能夠在低堿度下產(chǎn)生良好的降低界面張力的效果，是驅(qū)油用表面活性劑的理想結(jié)構(gòu)。此外，用高純度的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配的結(jié)果表明附加基團(tuán)的引入能夠擴(kuò)大烷基苯磺酸鹽表面活性劑適用的堿度范圍，而且還

8、能提高體系降低界面張力的能力。本文還合成了一系列混合的直鏈?zhǔn)?duì)甲基十六、對(duì)乙基十六烷基苯磺酸鹽，并對(duì)它們的界面性能進(jìn)行了比較，這三種表面活性劑降低界面張力的能力幾乎是不相上下，從低堿度到高堿度都能使界面張力達(dá)到超低10-4～10-3mN/m數(shù)量級(jí)。此外本文還合成了一系列廉價(jià)的、利于工業(yè)化的支鏈的十二、十五、十八烷基苯磺酸鹽，把它們加入直鏈的對(duì)甲基十六烷基苯磺酸鹽中，復(fù)配比高達(dá)7：3時(shí)仍基本上不改變?nèi)芤航档徒缑鎻埩Φ哪芰?。所以基于以?/p>

9、的研究，建議重烷基苯磺酸鹽應(yīng)以直鏈的十六烷基苯磺酸鹽為主，可以適當(dāng)加入一些支鏈的十二、十五、十八烷基苯磺酸鹽進(jìn)行復(fù)配，效果也很好。 用透射電子顯微鏡表征了該系列化合物在水溶液中分子有序組合體的形態(tài)，研究發(fā)現(xiàn)5位異構(gòu)體可自發(fā)形成單室囊泡，而7位異構(gòu)體則易形成層狀液晶結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的超聲振蕩后也可轉(zhuǎn)變?yōu)閱问夷遗?。綜合研究表明，隨苯環(huán)向烷基鏈的中間移動(dòng)，烷基苯磺酸鹽表面活性劑的分子臨界排列參數(shù)增大，幾何形狀由圓錐→截錐→圓柱形轉(zhuǎn)化