雙十二烷基酚磺基甜菜堿型表面活性劑的制備

趙秀麗，劉海燕，陳 成

(大慶師范學(xué)院,黑龍江 大慶 163712)

三次采油技術(shù)主要用化學(xué)驅(qū)油的方法，包括聚合物驅(qū)、堿水驅(qū)、表面活性劑驅(qū)和復(fù)合驅(qū)[1]。聚合物驅(qū)油機(jī)理就是在注入水中加入高分子聚合物，增加驅(qū)替相濃度，調(diào)整吸水剖面，增大驅(qū)替相波及體積，從而提高最終采收率[2]。當(dāng)前最常用驅(qū)油技術(shù)為表面活性劑法。由于表面活性劑分子的親水基和親油基的特殊結(jié)構(gòu)使得表面活性劑分子在表(界)面上形成吸附膜，而吸附的作用通過改變界面的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)降低界面的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)降低界面的張力，這種特點(diǎn)使得表面活性劑在三次采油中發(fā)揮重要的作用[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

主要儀器有Bruker-Tensor 27型傅立葉變換紅外光譜儀、油水界面張力儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、真空烘干箱等。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)合成雙十二烷基酚磺基甜菜堿型表面活性劑，并對(duì)其進(jìn)行紅外光譜表征。

(2)油水界面性能的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟[4-5]

2.1.1 甲基偶聯(lián)雙十二烷基酚的合成

C2H2O4(草酸)與C8H18(正辛烷)為催化劑共同存在的條件下，十二烷基酚與(CH2O)n反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物。

2.1.2 縮水甘油醚的合成

NaOH(氫氧化鈉)和C16H36BrN)(四丁基溴化銨)存在條件下甲基偶聯(lián)雙十二烷基酚與C3H5ClO(環(huán)氧氯丙烷)反應(yīng)生成縮水甘油醚。

2.1.3 叔胺的合成

甲基偶聯(lián)雙十二烷基縮水甘油醚與C2H7N(二甲胺)反應(yīng)生成叔胺。

2.1.4 3-氯-2-羥基丙磺酸鈉的合成

C3H5ClO(環(huán)氧氯丙烷)和NaHSO3(亞硫酸氫鈉)合成3-氯-2-羥基丙磺酸鈉。

2.1.5 雙十二烷基酚磺基甜菜堿的合成

叔胺與3-氯-2-羥基丙磺酸鈉反應(yīng)合成最終甜菜堿表面活性劑。

2.2 紅外光譜測(cè)定

利用Bruker-Tensor 27型傅立葉變換紅外光譜儀對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行表征，通過官能團(tuán)在譜圖中的位置分析產(chǎn)物是否符合目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 紅外譜圖分析

圖1 合成產(chǎn)物的紅外譜圖

從圖1中可知，2959cm-1和2924cm-1附近有兩個(gè)清晰的譜帶。2959cm-1反應(yīng)了甲基的不對(duì)稱收縮，即-CH3的兩個(gè)C-H鍵延伸。2924cm-1出反應(yīng)了亞甲基的不對(duì)稱收縮；1422cm-1反應(yīng)了苯環(huán)的骨架振動(dòng)；813cm-1和1049cm-1處反應(yīng)了苯環(huán)的取代；1632cm-1和1463cm-1為氮的骨架振動(dòng)。結(jié)果表明，此有機(jī)物符合目標(biāo)產(chǎn)物表面活性劑的結(jié)構(gòu)。

3.2 界面性能測(cè)定

在測(cè)定界面張力過程中，保持實(shí)驗(yàn)溫度在45℃，轉(zhuǎn)速達(dá)5000r/min。在配制的溶液中滴加脫氫脫水原油，測(cè)其界面張力值，每10min記錄一組數(shù)據(jù)。

(1)0.3%表面活性劑在純水溶液和鹽溶液中的界面張力測(cè)定。

從圖2可知，當(dāng)雙十二烷基酚磺基表面活性劑的濃度配制成0.3%的水溶液，其界面張力最低值可達(dá)0.002mN/m，并且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，它的界面張力變化緩慢，逐漸平衡。在含0.3%表面活性劑的溶液中添加氯化鈉，配制濃度為4%的表面活性劑鹽溶液，其界面張力最低可達(dá)0.0005mN/m，可見加入鹽可使其降低界面張力的性能提高。

圖2 界面張力隨時(shí)間變化

(2)0.3%表面活性劑溶液與同濃度傳統(tǒng)表面活性劑溶液的界面張力測(cè)定。

圖3 傳統(tǒng)與新型表面活性劑的相比

從圖3可知，傳統(tǒng)驅(qū)油過程中使用的表面活性劑(重烷基苯磺酸鹽)界面張力數(shù)值最低可達(dá)到0.07mN/m，而雙十二烷基酚磺基新型雙子表面活性劑的界面張力數(shù)值最低可達(dá)到0.002mN/m，比傳統(tǒng)表面活性劑降低界面張力的效果要好很多。

4 結(jié)論

(1)合成了中間產(chǎn)物甲基偶聯(lián)雙十二烷基酚、縮水甘油醚、叔胺、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉以及最終產(chǎn)物甜菜堿型表面活性劑，并通過紅外譜圖確定為目標(biāo)產(chǎn)物；

(2)0.3%濃度的雙十二烷基酚磺基表面活性劑其界面張力最低值可達(dá)0.002mN/m；在含0.3%的表面活性劑溶液中加入適量的氯化鈉，其界面張力最低值可達(dá)0.0005mN/m；

(3)在相同的條件下，雙十二烷基酚磺基表面活性劑降低界面張力的能力較之重烷基苯磺酸鹽有更好的效果。

[1] 唐世華，黃建濱，李子臣，等．表面活性劑的界面性質(zhì)與應(yīng)用[J]．日用化學(xué)工業(yè)，2001，31(6)：26-29.

[2] 王志剛.勝利油田聚合物驅(qū)油項(xiàng)目管理研究[D].大連:大連理工大學(xué),2002.

[3] 丁 偉，張保華，龍 翔，等. 新型磺基甜菜堿型雙子表面活性劑的合成[J].化學(xué)工程師,2014(8):69-71.

[4] ZhuY P,Masuyama A, Okahara M. Preparation and surface active properties of amphipathic compounds with two sulfate groups and two lipophilic alkyl chains[J].Journal of the American Oil Chem-ists'Society,1990,67(7):459-463.

[4] 楊 青，曹丹紅，方 波.一種新型雙聯(lián)兩性表面活性劑的合成與性能[J]. 《高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)》,2009,23(1):110-115.

(本文文獻(xiàn)格式：趙秀麗，劉海燕，陳成.雙十二烷基酚磺基甜菜堿型表面活性劑的制備[J].山東化工，2018，47(02)：5-6,9.)