烷基芳基磺酸盐结构对原油-表面活性剂-碱体系油-水界面张力的影响

采用旋转液滴法测定了在不同碱浓度下自制的3种结构烷基芳基磺酸盐(C19-4S、C19-6S、C19-8S)与大庆六厂原油体系的油-水动态界面张力,分别考察了磺酸盐结构、强碱和弱碱浓度对油-水动态界面张力最小值(DIFTmin)和动态界面张力平衡值(DIFTequ)的影响。结果表明,在各自适宜碱浓度下,3种结构烷基芳基磺酸盐均可使大庆六厂原油-表面活性剂-碱体系的油-水界面张力达到超低值(10-3mN/m);随芳环在烷基芳基磺酸盐长烷链上的位置向烷链中心移动,达到DIFTmin、DIFTequ所需的强碱或弱碱的浓度降低、时间缩短。

烷基芳基磺酸盐的分子动力学模拟与自由能微扰计算

为研究不同结构的表面活性剂分子在溶液中胶束化能力的差异,采用分子动力学方法模拟三种烷基芳基磺酸盐在真空和水溶液环境下的结构与相互作用.利用自由能微扰(FEP)方法计算了水合自由能,发现与用传统热力学表面张力法测定自制的烷基芳基磺酸盐结果一致.研究表明:烷基芳基磺酸盐在水溶液中的胶束化过程是自发进行的,随着分子结构中芳环向长烷基链中间位置移动,胶束化能力和胶束稳定性均下降;疏水基周围水分子的"冰山结构"会影响胶束的稳定性,而水分子中氢键的生存周期是反映冰山结构变化的重要指标;同时,亲水基与水分子间形成氢键的数目会增强或减弱分子脱离胶束体的趋势,从而影响胶束结构的稳定性.

十四烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附性能

利用静态吸附实验研究了实验室自制的三种高纯度十四烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附规律,并考察了吸附时间,吸附温度及磺酸盐、NaCl、NaOH、正丁醇的浓度对吸附量的影响.结果表明:吸附量随着磺酸盐浓度的增大逐渐增加后趋于平稳,随着吸附温度和正丁醇体积浓度的降低、NaCl和NaOH浓度的增加而增大;磺酸盐活性剂的三种同分异构体中,随两部分碳链长度趋于均等,吸附量下降,且受助剂的影响变小.吸附热力学研究表明,十四烷基芳基磺酸盐在油砂上的吸附等温线服从Langmuir等温方程,并且计算得到的各参数均能很好地反映磺酸盐在油砂上的吸附特征.吸附动力学研究表明,Elovich方程能够更好地描述吸附量随时间的变化情况.

不同链长烷基芳基磺酸盐形成微乳液的性质

以Winsor相态图法和拟三元相图法研究了自制的3种不同链长烷基芳基磺酸盐在多组分体系中形成的微乳液的性质,并考察了分子结构、无机盐和短链醇等的影响.结果表明,无机盐浓度的增加导致表面活性剂/正丁醇/正辛烷/NaCl/水形成的微乳液体系在一定温度下发生由WinsorⅠ→WinsorⅢ→WinsorⅡ型转变;随着烷基芳基磺酸盐分子的长烷基链碳原子数的增加,耐盐能力减弱,增溶能力提高;随着醇碳链的增大,微乳区面积先增大后减小.当烷基芳基磺酸盐分子结构固定时,最大微乳液区域醇的选择依据符合Bansal理论.醇的链长一定时,随着烷基芳基磺酸盐分子的长烷基链碳原子数的增加,微乳液的区域变小.

十四烷基芳基磺酸盐形成的分子有序组合体

以表面张力法、碘光谱法、水增溶法和相态图法研究了自制的三种十四烷基芳基磺酸盐在不同条件下形成的分子有序组合体(胶束、反胶束和微乳液),并考察了分子结构、溶剂、无机盐和短链醇等对其的影响.结果表明:增加十四烷基芳基磺酸盐分子亲油基支化度,不利于其在水溶液或混合极性溶剂(乙二醇-水)中形成胶束而有利于其在非极性溶剂正庚烷中形成反胶束;溶剂极性的降低,促使表面活性剂溶液由胶束溶液→单体溶液→反胶束溶液转变;无机盐或短链醇的加入促进了水溶液中胶束的形成,且反离子价态数或醇烷基碳原子数越大,越有利于胶束形成;无机盐浓度的增加导致表面活性剂/正丁醇/正辛烷/NaCl/水形成的微乳液体系在一定温度下发生由WinsorI→WinsorIII→WinsorII型的转变.

系列烷基芳基磺酸盐在水溶液中胶束化的焓-熵补偿现象

以表面张力法研究了系列烷基芳基磺酸盐在水溶液中胶束化的热力学性质,并考察了温度与分子结构对胶束化的影响.结果表明,烷基芳基磺酸盐在水溶液中胶束化是一个自发过程,主要来自熵驱动;随着温度升高,先有利于胶束化而后又不利于胶束化,且熵变对吉布斯自由能变的贡献有下降趋势,而焓变的贡献有增大趋势;胶束化存在焓-熵补偿现象,补偿温度Tc均在(306±2)K,基本不随烷基芳基磺酸盐的分子结构的改变而变化;随着芳环上短烷基链或长烷基链碳数的增加,胶束化能力和胶束的稳定性均提高,而随着芳环向长烷基链中间位置移动,胶束化能力和胶束的稳定性均下降.

结构及助剂对十五烷基芳基磺酸盐吸附性能的影响

在45℃下,采用两相滴定法测定了4种自制高纯度十五烷基芳基磺酸盐在油砂上的吸附等温线。分别考察了表面活性剂浓度、NaCl、NaOH、NaHCO3、正丁醇浓度及分子结构对表观吸附量的影响。结果表明,随着磺酸盐浓度的增大,吸附量先增大后有所降低。NaCl和NaOH的加入使吸附量增大,NaHCO3及正丁醇的加入使吸附量降低,且随着芳基位置向长烷基链中间的移动,吸附量降低,受助剂的影响变小。

自由能微扰法研究系列烷基芳基磺酸盐的胶束化焓-熵补偿现象

为了研究不同结构的表面活性剂分子在水溶液中的胶束化焓-熵补偿现象,采用自由能微扰(FEP)法计算了系列烷基芳基磺酸盐的溶剂化自由能,并根据胶团化过程的质量作用模型讨论了相关热力学性质.结果表明:自由能微扰法得到的溶剂化自由能大小与用传统热力学表面张力法测定的吉布斯自由能相近,能够用于比较不同结构的烷基芳基磺酸盐间胶束化能力;烷基芳基磺酸盐在水溶液中的胶束化过程是自发进行的,且存在焓-熵补偿现象,补偿温度范围均在(302±2)K;随着分子结构中芳环向长烷基链中间位置移动,胶束化能力和胶束的稳定性均下降;而随着芳环上短烷基链或长烷基链碳数的增加,形成胶束的能力与稳定性均提高.

烷基芳基磺酸盐结构与性能关系——分子结构变化对c_(CMC)和HLB值的影响

为揭示烷基芳基磺酸盐结构与性能的关系,研究了系列表面活性剂的油水界面张力及分子结构对最小烷烃碳数(nmin)、临界胶束浓度(c_(CMC))和亲水亲油平衡值(HLB值)的影响。结果表明,芳基取代位置相同时,随着长链烷基碳数增加,烷基芳基磺酸盐的c_(CMC)先减小后增大,c_(CMC)越小其界面活性越高,表面活性剂分子在界面上排列越趋近于油/水兼溶型;相同链长的同系物,随着芳基向烷基碳链中间位置移动,其c_(CMC)和nmin呈现增大趋势,芳环取代基对支化程度的影响相当于4.05个亚甲基对c_(CMC)的影响。通过对HLB值的经验公式对比可知,戴维斯公式适合不同结构表面活性剂间HLB值的比较,而临界胶束浓度法适于同系物间的比较。

烷基芳基磺酸盐结构对微乳液相行为的影响

用Winsor相图法研究了自制的6种不同结构的烷基芳基磺酸盐/不同醇/正癸烷/NaCl/水体系在不同温度下所形成的微乳液。探讨了烷基芳基磺酸盐结构对微乳液相行为的影响。同时考察了温度和醇对微乳液相行为的影响。结果表明,随着烷基芳基磺酸盐长烷基链的增长,中相形成盐度S1、中相消失盐度S2、中相盐宽ΔS和最佳盐浓度S*值均减小,最佳中相体积V*M和最佳增容量σ*值均增大;随着烷基芳基磺酸盐分子的芳环向长烷基链中间位置移动,S1、S2、ΔS、S*值均减小,V*M和σ*值均增大;随着温度升高,V*M和σ*值均减小,S1、S2、ΔS、S*值均增大,在25℃时,体系无中相微乳液形成;随着正构醇碳原子数的增加,V*M和σ*值均增大,S1、S2、ΔS、S*值均减小。

烷基芳基磺酸盐分子量及其分布对中相微乳液特性参数的影响

用Winsor相图法研究了由实验室自制的8种烷基芳基磺酸盐复配体系/正丁醇/正癸烷/NaCl形成的微乳液,探讨了烷基芳基磺酸盐平均分子量及其分布对中相微乳液特性参数的影响,为中相微乳液体系最佳配方的选择提供了理论指导。结果表明:中相形成盐度S1,中相消失盐度S2,中相盐宽ΔS,最佳盐度S*值均随高分子量磺酸盐含量的增加而减小;最佳中相微乳液体积V*和增溶参数S.P值均随高分子量磺酸盐含量的增加而增大;S1、S2、ΔS、S*值均随磺酸盐平均分子量的增大而减小;V*和S.P值均随磺酸盐平均分子量的增大而增大;且在实验范围内,lgS*、V*、S.P与磺酸盐平均分子量均呈线性关系。

系列烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附性能

利用静态吸附实验法研究了实验室自制的3种高纯度烷基芳基磺酸盐在大庆油砂上的吸附规律,并考察了吸附时间,温度,磺酸盐、盐、碱及醇含量对磺酸盐吸附量的影响。结果表明,磺酸盐在油砂上的吸附量随着其质量浓度和相对分子质量的增大逐渐增加,然后趋于平稳,随着温度和醇体积分数的降低、盐和碱浓度的增加而增大。吸附热力学研究表明,烷基芳基磺酸盐在油砂上的吸附等温线服从Langmuir等温吸附方程,计算得到的各参数均能很好地反映磺酸盐在油砂上的吸附特征;吸附动力学研究表明,Elovich方程能够更好地描述磺酸盐在油砂表面吸附量随时间的变化。

拓扑指数法研究直链烷基芳基磺酸盐的构效关系

利用拓扑指数法研究了直链烷基芳基磺酸盐的分子结构与等效烷烃碳数和生物降解性的关系。根据分子结构的特点，用距离矩阵表征分子中原子的连接性，据此建立相应的定量结构性能关系式。计算了25个直链烷基芳基磺酸盐的等效烷烃碳数和19个直链烷基芳基磺酸盐的生物降解性，计算结果表明，计算值与文献值的相关系数分别为0．9972和0．9850，其相对误差范围分别为-14．38～0．46及-0．06～0．08。

系列长链烷基芳基磺酸盐的合成及性能研究

以苯、甲苯、乙苯、异丙苯和α-烯烃(C_(20)~C_(24))为原料,经Friedel-Crafts烷基化反应、磺化反应及中和反应等反应步骤,用有较强活性的离子液体作催化剂,最终合成了长链烷基苯、长链烷基甲苯、长链烷基乙苯和长链烷基异丙苯磺酸盐4种化合物。利用红外光谱对中间体及磺酸盐进行表征,并对磺酸盐进行界面性能与乳化性能测定。结果发现:4种磺酸盐表面活性剂的界面张力随表面活性剂浓度的增大先减小后增大,界面张力值均能达到10^(-2)~10^(-3)mN·m^(-1)数量级;对于液体石蜡乳化能力,烷基异丙苯磺酸盐的乳化能力最强;在活性剂质量分数为0.3%时,4种磺酸盐的乳化能力均达到最大值。

烷基芳基磺酸盐抑泡方法的研究

通过测定，证实平平加──烷基芳基磺酸盐比目前常用的肥皂──烷基芳基磺酸盐具有更为理想的抑泡效果。

相对分子质量对烷基芳基磺酸盐复配体系固液吸附性能的影响

测定了5种平均相对分子质量和相对分子质量(以下简称分子量)分布不同的烷基芳基磺酸盐复配体系的吸附等温线,分别考察了分子量、分子量分布、温度和无机盐对复配体系在油砂/石英砂表面的吸附量的影响。结果表明,对5种分子量分布复配体系吸附量依次降低的顺序为递增分布、正态分布、反正态分布、递减分布和均匀分布;复配体系在油砂表面的吸附量随着磺酸盐的平均分子量的增大而增大,随温度的升高而降低,随NaC l浓度的增加而增加。另外,在低浓度时,MgC l2、CaC l2和Na2SO4比NaC l对吸附的影响显著。NaC l对复配体系在油砂表面的吸附影响比对石英砂表面吸附的影响略大。

烷基芳基磺酸盐分子量及其分布对微乳液结构参数及热力学函数的影响

用稀释法求得了由自制的7种烷基芳基磺酸盐复配体系(AAS)/正丁醇/正癸烷/水组成的W/O型微乳液的结构参数,还求得了醇从油相转移到界面时的标准自由能,并计算出标准焓变和标准熵变。探讨了烷基芳基磺酸盐平均分子量及其分布对结构参数及热力学函数的影响。结果表明,分散相有效半径Re,内核水半径Rw,二者之差di和表面活性剂分子在每个液滴中的平均聚集数n值均呈现为正态分布<递减分布<均匀分布<递增分布<反正态分布;分散相颗粒总数Nd和分散相界面外层总面积Ad值均呈现为正态分布>递减分布>均匀分布>递增分布>反正态分布;-ΔG0o→i值呈现为正态分布(5.36 kJ/mol)<递减分布(5.49 kJ/mol)<均匀分布(5.64 kJ/mol)<递增分布(5.78 kJ/mol)<反正态分布(6.01 kJ/mol);ΔS0o→i值呈现为正态分布(26.88 J/(mol.K))<递减分布(27.12 J/(mol.K))<均匀分布(27.60 J/(mol.K))<递增分布(28.06 J/(mol.K))<反正态分布(29.23 J/(mol.K));Rw、Re、n、di、-ΔG0o→i、ΔH0o→i和ΔS0o→i值均随磺酸盐平均分子量的增大而增大;Nd、Ad值均随磺酸盐平均分子量的增大而减小;且在实验范围内,结构参数、-ΔG0o→i、ΔS0o→i与磺酸盐平均分子量均呈线性关系;后两者分别为y=0.0586x-17.916,y=0.2203x-61.275。

烷基芳基磺酸盐相对分子质量及其分布与表面性能的关系

测定了自制的9种烷基芳基磺酸盐复配体系在25℃下的临界胶束浓度cm c(1×10-5mol/L)及临界胶束浓度下的表面张力γcm c(mN/m)。研究了烷基芳基磺酸盐相对分子质量及其分布与表面性能的关系。平均相对分子质量432的5种分布cm c和γcm c值分别为:2.341和28.96(递增型分布);2.458和32.56(递减型分布);3.667和36.14(正态型分布);2.201和27.55(反正态型分布);2.761和33.54(均匀型分布)。4种平均相对分子质量为390、418、432和446的递减型分布的cm c和γcm c值分别为:3.786和29.54;3.530和29.81;2.458和32.56;8.337和29.54。根据G ibbs吸附公式求出饱和吸附量Γm ax、饱和吸附面积Am及降低表面张力的效率因子pC20,对所得结果进行了解释。

烷基芳基磺酸盐结构对微乳液热力学性质的影响

用稀释法研究了自制的6种不同结构的烷基芳基磺酸盐(AAS)在多组分体系中形成微乳液的标准热力学函数,并考察了分子结构、温度、短链醇、含水量和无机盐含量对其的影响。结果表明,随着烷基芳基磺酸盐分子长烷基链碳原子数的增加,导致表面活性剂/正丁醇/正癸烷/水形成的微乳液体系中醇由油相转移到界面相的标准自由能ΔG0o→i减小,有利于微乳液的形成;ΔH0o→i无明显变化,ΔS0o→i增大,且与烷基链碳原子数呈线性关系。ΔS0o→i=1.7975n+71.538。随着表面活性剂分子芳环向烷基链中间位置移动,导致表面活性剂/正丁醇/正癸烷/水形成的微乳液体系中醇由油相转移到界面相的标准自由能ΔG0o→i减小,有利于微乳液的形成;ΔS0o→i增大,ΔH0o→i减小;温度的升高导致微乳液体系的ΔG0o→i减小,微乳液的形成更容易。随醇碳链上碳原子数增加,ΔG0o→i减小,有利于微乳液的形成,且ΔG0o→i与碳原子数n呈线性关系,ΔG0o→i=-2790.8n+7286.4(328 K);含水量的增加导致ΔG0o→i增大,不利于微乳液的形成,且ΔG0o→i与含水量V也呈线性关系。ΔG0o→i=6697.8V-7170.4(318 K);无机盐浓度的增加导致ΔG0o→i减小,有利于微乳液的形成。

烷基芳基磺酸盐与功能性离子液体的协同作用对泡沫性能的影响

通过测定烷基芳基磺酸盐水溶液的泡沫性能,研究了离子液体对烷基芳基磺酸盐泡沫性能的影响。实验结果表明,没有离子液体存在时,随烷基芳基磺酸盐的芳环上短碳链长度的增加,起泡能力增强、泡沫稳定性降低;加入离子液体后,随烷基芳基磺酸盐含量的增加,起泡性能增强,而泡沫稳定性却呈现出不同趋势,总体上加入[Bmim]HCO3(Bmim:1-丁基-3-甲基咪唑)后泡沫稳定性降低,加入[Bmim]BF4后泡沫稳定性增强;离子液体的阴离子半径大小对烷基芳基磺酸盐的泡沫性能有影响,阴离子半径越小,泡沫性能越好,反之泡沫性能变差。