1、长江大学工程技术学院表面活性剂化学系 部： 化 工 系 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化 工 61101 组 员： 姜磊 罗磊 胡敏 费义 张子烨 1OP系列表面活性剂的合成、性能及其应用摘要 本文以 OP-10 为原料合成了一种阴-非离子表面活性剂磺酸化 OP-10，并对磺酸化 OP-10 和 OP-10 的理化性能和乳化性能进行了测定与对比。在对磺酸化 OP-10 溶解性能研究中发现，磺酸化 OP-10 的 krafft 数值为-12 ，这说明磺酸化 OP-10 有良好的溶解性能。本文采用表面张力法测定磺酸化 OP-10 和 OP-10 的表面张力，确定了磺酸化 OP-10 在临界浓
2、度为 129.21 mg/L 时表面张力为 30.29 mN/m，HLB 值为 26。在相同溶液浓度条件下，磺酸化 OP-10 的表面张力要低于 OP-10，磺酸化 OP-10 的乳化性能优于 OP-10 的乳化性能。当向溶液加入不同浓度的 NaCl 后，溶液的表面张力先降低后升高，这说明，盐的存在对表面活性剂的表面张力有一定的影响，但影响不大。测定了不同温度下磺酸化 OP-10 的界面张力，磺酸化 OP-10 在 50时的界面张力较低，其数值为 0.02513mN/m。在对乳状液的乳化性能的进行研究中发现，乳状液可以分为油包水型和水包油型；原油乳状液的稳定性受到多种因素的影响，其中包括转速、
3、温度、搅拌速率和搅拌时间、含水率等。在一定的转速范围内，转速增大，乳状液脱水率降低，稳定性变好。在不同温度环境下，温度越高，乳状液稳定性越差。另外，在相同的搅拌时间下，搅拌强度越大，乳状液稳定性越好。而在相同的搅拌速率下，搅拌时间越长，乳状液越稳定。关键词 ：阴 -非离子表面活性剂，乳化剂，表面张力，界面张力，2Synthesis and Properties Evaluation of Sulfonated OP-10Abstract：The paper use OP-10 as the raw material synthesized a kinds of anionic/non-ioni
4、c surfactants. On this basis， the article made evaluation and compare of the sulfonated OP-10 and OP-10s physical and chemical properties and emulsifying properties.Found in the solubility of the the sulfonated OP-10 that the sulfonated OP-10 Krafft value to -12 ，description the sulfonated OP-10 hav
5、e a good dissolved performance. In this paper， the surface tension of the method for the determination of the sulfonated OP-10 and OP-10 surface tension. Using the measured data to map the surface tension - concentration.Determining the sulphonated OP-10 in the surface tension is 30.29 mN/m when the
6、 critical concentration of 129.21 mg/L.And the HLB value of 26. Moreover，under the conditions in the same solution concentration， the sulphonated OP-10 surface tension lower than OP-10.This indicates that the sulphonated OP-10 emulsifying properties superior to the emulsifying properties of the OP-1
7、0. When added to the solution of different concentrations of NaCl，the surface tension of the solution frist decreased and then increased. That shows that the presence of salts impacts a little bit of the surface tension of the surfactant. In addition，the experiment was also measured at different tem
8、peratures sulphonated OP-10 interfacial tension，found that sulfonated OP-10 at 50 when the interface tension is low，its value of 0.02513mN/m.Found in a study carried out on the emulsifying properties of the emulsion，the emulsion can be divided into the oil-in-water type and water-oil type. The stabi
9、lity of the crude oil emulsion by a variety of factors， including the speed，temperature，stirring rate， and the stirring time，the moisture content，and so on.At a certain speed range，increased speed，the emulsions liquid dewatering rate decreased，and its stability better. At different temperature envir
10、onments，the higher the temperature，the worse the stability emulsion. Further，at the same time under agitation，stirring 3intensity greater，better emulsion stability. While at the same rate of stirring， the longer the mixing time，the more stable the emulsion.Keywords：Anionic/non-ionic surfactants，Emul
11、sifiers ，surface tension， interfacial tension，Emulsion41 表面活性剂的应用进展研究在实际的生产驱油过程中，表面活性剂的加入对其生产有着很大的影响。这主要是由于表面活性剂能过降低原油与水的界面张力，对对原油发挥乳化与破乳等作用，最终达到提高驱油效率的目的。表面活性剂溶于水时其在界面上的吸附性降低，同时渗透、乳化和分散等现象变化明显。向原油中加入满足生产需求的表面活性剂，能够将油水界面张力降低至 10-2 -10-6mN/m，使原油的采收率得以提高。从而达到提高采收率的目的。因此，驱油表面活性剂的研究一直很多 1。现阶段广泛应用的表面活性剂类
12、型为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，而生物表面活性剂和新型表面活性剂也在逐渐被各油田使用。阴离子表面活性剂是指以至少一个阴离子作为表面活性剂结构中的亲水基；也可以含有其它不局限种类和长度的嵌段结构，其高界面活性和良好的理化性能而被广泛使用，但其抗盐能力较差；非离子表面活性剂，即亲水基为亲水性较弱的非离子基团，主要有烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪醇聚氧乙烯醚等，具有很强的乳化能力。但在地层中的吸附量较大，具有不耐温，低稳定性，价格较高等缺点。综上对比可知最常用的表面活性剂为磺酸盐型阴离子表面活性剂 2。近年来，随着科学技术的发展以及人们对表面活性剂性能的深入研究，适用于油田领域的表面活性剂的需求越来
13、越多，同时对其性能要求也在逐渐增高。不仅要具备廉价和低吸附值的基本要求，而且还要能够达到较低的界面张力以及具有良好的配伍性。油田领域适用的表面活性剂根据 Foster 等人 3-4毛细管准数的理论应达到如下标准：首先表面活性剂能够与原油水等形成稳定的驱油体系，同时要保证油水界面在低浓度下（一般小于 0.6 %）也有很好的界面活性，油水的界面张力能达到 10-3mN/m 数量级；其次，表面张力的加入能够降低吸附量，维持岩心在岩石上的损失 1mg/g 以内，驱油效率能够提高 15%以上。另外，由于表面活性剂类型繁多，结构各异，所以各种表面活性剂在满足上述条件的同时，其性能表现又略有差异。因此，各国
14、学者为了揭示表面活性剂在各种两相界面的作用进行了大量的实验研究与分析。5上世纪 80 年代以来，Wade 和 Doe 等人 5，Rosen 等人 6-9，以及 Abdel-Khalek 等人 10-11发表了一系列对于表面活性剂结构对性能影响的讨论性文章。这是在理论和实践上关于表面张力的研究都取得了一定的进步，使人们把研究重点放在了界面张力与表面活性剂结构之间的关系。经过多年的研究与数据统计总结得到适宜的表面活性剂是指当表面活性剂浓度为 1%时能完全溶解于地层水和注入水之中，并且扩散速度很快，能以较快的速度侵入饱和油岩石中，侵入深度与速度成正比。2 磺酸化 OP-10 的合成2.1 磺酸化 O
15、P-10 合成实验2.1.1 实验试剂表 2-1 实验试剂实验药品 规格 生产厂家，产地OP-10 工业品 北京北化试剂公司氯化亚砜 化学纯 北京化学试剂公司亚硫酸钠 化学纯 北京化学试剂公司氯化钠 化学纯 北京化学试剂公司氢氧化钠 化学纯 北京化学试剂公司异丙醇 化学纯 北京化学试剂公司2.2.2 实验仪器三峰牌计量秤2.2.3 滴定产物含量药品准备百里酚蓝贮藏液：称取 0.050 g 百里酚蓝溶于 50 mL 20%乙醇中，过滤，滤液用水稀释至 500 mL；亚甲基蓝贮藏液：每 500 mL 溶液含有 0.018 g 亚甲基蓝；硫酸钠酸性溶液：每 500 mL 溶液中含有 50 g 无水硫
16、酸钠和 6.3 mL 浓硫酸；混合指示剂：混合 225 mL 百里酚蓝贮藏液和 30 mL 亚甲6基蓝贮藏液，用水稀释至 500 mL；0.004 mol/L 十二烷基硫酸钠标准溶液：称取含十二烷基硫酸钠试剂 0.5747 g，溶解，转入 500 mL 容量瓶中，并用水稀释至刻度，其浓度 C1 为 0.00399 mol/L；0.004 mol/L 十六烷基三甲基溴化铵标准溶液；（1）配制：称取 0.72g（准确至 0.01 g）十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于水中，转入 500 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度。（2）标定：吸取 25 mL 0.004 mol/L 十二烷基硫酸钠溶液于 3
17、50 mL 锥形瓶中，加入 10mL 混合指示剂， 10 mL 硫酸钠酸性溶液；10 mL 水，15 mL 二氯甲烷，摇匀后用 0.004mol/L CTAB 滴定液滴定，由紫灰色变为黄绿色为终点。见图 2-1 和图 2-2。图 2-1 两相滴定前7图 2-2 滴定结束CATB 的浓度按下式计算：（2-1）式中：C 2CATB 滴定液的浓度，mol/L；C1十二烷基硫酸钠的浓度，mol/L ；V1消耗 CATB 的体积， ；测定样品含量 ：称取磺酸化 OP-10 0.054 g，溶于 25 mL 水中，按 CTAB 溶液标定之程序，测定活性物含量。样品含量 x 按下式计算：（2-2）式中：V
18、2滴定消耗 CTAB 的体积，mL；C2CTAB 滴定液的浓度，mol/L；M样品的相对分子量；N稀释倍数；m2称取试验样品的质量，g；2.2.4 滴定结果讨论在对产物进行滴定的过程中可能发生如下反应：8首先在配置的混合指示剂过程中亚甲基蓝的阳离子发色基团与百里酚蓝的阴离子发色基团颜色混合，混合溶液此时为水相，在进行滴定前已经加入的磺酸化 OP-10 的阴离子部分、 Na2SO4/H+溶液，加入中发生相转移，变成蓝色并且溶于 CH2Cl2 相。这时，水相中的百里酚蓝的阴离子发色基团与 H+发生反应，变为粉红色。由于溶液中含有两相，溶液呈紫色，使用阳离子表面活性剂滴定后，阳离子表面活性剂的阳离子
19、部分与溶液中游离的磺酸化 OP-10 的阴离子部分以及已经与亚甲基蓝的阳离子发色基团发生反应的磺酸化 OP-10 的阴离子部分结合生成无色产物，溶于水相。混合指示剂中的百里酚蓝的阴离子发色基团与滴定的阳离子表面活性剂的亲水基团生成蓝色络合物溶于水，经过相转移，溶于 CH2Cl2 相，最终被滴定液变为黄色，此时滴定实验结束。从上述反应中可以分析得到，因为反应过程中存在两相之间的相互反应以及相转移，所以在滴定过程中两相的充分混合比较重要。指示剂的反应物在滴定前已经存在于水相中；滴定过程中，阴-非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂在水相中反应，生成的产物进入有机相；反应达到终点后，滴定液中过量的阳离子
20、表面活性剂的阳离子部分会与溶解混合指示剂中的百里酚蓝的阴离子发色基团结合，生成黄色的产物 12。在混合指示剂中百里酚蓝和亚甲基蓝的重量比的选择上，当百里酚蓝/ 亚甲基蓝为 21： 1（重量比）时，可以获得一个明显的终点和较低的空白值。因此选择以 21： 1 的比例来称取百里酚蓝和亚甲基蓝。另外，在指示剂的用量的选择上由 8mL 到 17mL 之间消耗的滴定液体积相同，在用量低于 8mL 时终点无明显变化，而在用量高于 17mL 时消耗的滴定液体积又明显增加，因此，将指示剂的用量定于 10mL 比较合适。在探索性实验的结果上，本实验采用 2 种因素 3 个水平配置实验，以反应温度、反应时间为反应
21、因素，以磺化收率为特征值，通过两相滴定法整理数据，从而考察了磺化反应条件。 （表 2-5表 2-6）9表 2-5 磺化反应的因素和水平表 2-6 磺化反应实验结果由上表可看出，在条件 A2B3 合成 OP-10 磺酸盐两性表面活性剂，磺化率为 57.91%，确定此条件为反应的最佳条件。2.3 本章结论本合成实验以 OP-10 为初始原料，经卤代反应及磺化反应，合成了一种阴- 非离子型表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠，用两相滴定法测定了所合成的产物磺酸化 OP-10 的磺化率，数据结果表明磺化率均大于 53.2。综合以上实验数据，结果表明本文最终制得具有一定纯度的磺酸化 OP-10。3 磺酸化 OP-10 的溶解性能3.1 磺酸化 OP-10 的 Krafft 点的测定在实际生活应用中，水溶性是表面活性剂类型选择的一个重要参考因素。Krafft 点作为水溶性的定量表达方式，其数值被用于衡量表面活性剂水溶性的好坏。参照文献 13中的方法，本文测定了磺酸化 OP-10的 Krafft 点。测定方法为：配置质量浓度为 0.5的磺酸化 OP-10 溶液，设置升温速度为 1/min ，观察现象，当磺酸化 OP-10 溶液突然由浑浊变澄清时的温度即为磺酸化 OP-10 的 Krafft 点。测试数据测试值列于下
