系列磺丙基甜菜碱的表征与性能

通过FT-IR和1HNMR对自制的三种产品的结构进行了表征,证明产品为烷基二甲基磺丙基甜菜碱,并对三种磺丙基甜菜碱的表面性能和泡沫性能进行了研究。结果表明,三种磺丙基甜菜碱的表面活性随着烷基链长的增加逐渐增强;三种表面活性剂的起泡性随浓度增加而增加,到一定值后保持不变,稳泡性随浓度增加逐渐增强,起泡性随着温度的增加呈缓慢增加趋势,稳泡性随着温度增加逐渐降低。

十二烷基磺丙基甜菜碱表面活性剂的气液界面聚集行为分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对十二烷基磺丙基甜菜碱(SB12-3)在气/液界面微观聚集行为进行研究,模拟结果表明:SB12-3分子在气/液界面处紧密排列形成紧密单分子层界面膜,SB12-3亲水基团-N^+-(CH_2)_3-SO_3^--磺酸基与水分子间相互作用高于季氮离子与水分子间相互作用,水分子更易聚集与磺酸基周围,加入Ca^(2+)后磺酸基中SB12-3分子与水分子之间氢键数量基本保持不变,解释了SB12-3具有较强的耐盐性能;体系中加入Na^+和Ca^(2+)对亲水基团占有面积影响较小,SB12-3疏水链尾端碳原子灵活性与摆动空间序参数较小,有序性较好。

芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱的合成及性能研究

以芥酸和N,N-二甲基-1,3-丙二胺为原料经缩合反应生成芥酸酰胺丙基二甲基胺,再与亚硫酸氢钠和环氧氯丙烷反应生成的3-氯-2-羟基丙磺酸钠进行季铵化反应,合成出芥酸酰胺丙基羟基磺基甜菜碱。研究了合成的优化工艺条件,用红外光谱法对产品进行表征,并对其性能进行了评价。结果表明,缩合反应的优化工艺条件为:n(芥酸)∶n(N,N-二甲基-1,3-丙二胺)=1∶1.1,反应温度为160℃,反应时间为10 h,催化剂用量为1.5%,此条件下产率为82.7%;季铵化反应的优化工艺条件为:n(芥酸酰胺丙基二甲基胺)∶n(3-氯-2-羟基丙磺酸钠)=1∶1.1,反应温度为85℃,反应时间为8 h,此条件下产率为88.1%。产物溶液的cmc为1.78×10-5mol·L-1,30℃时γcmc为40.1 mN·m-1,60℃时γcmc为30.6 mN·m-1;对Ca2+的容忍度达8 g·L-1;质量分数为2%时溶液表观黏度可达204 mPa·s。

含磺酸甜菜碱两性离子共聚物P(AM-co-VPPS)的合成及盐溶液性质

4-乙烯基吡啶(4-VP)与1,3-丙烷磺内酯在80℃下反应20h,合成了4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐(4-VPPS);并在水溶液中与丙烯酰胺(AM)单体进行自由基共聚合,获得了同时含正负离子基团的磺酸甜菜碱两性离子共聚物P((AM-co-VPPS));采用红外光谱和1H-NMR对共聚物结构和组成进行了表征;进而考察了单体组成、引发剂用量、单体总浓度及反应温度对两性离子共聚物特性黏数的影响.通过考察单体投料比与共聚物组成的关系,利用Finemann-Ross和Kelen-Tudos方法,获得AM和4-VPPS单体对的竞聚率分别为2.01、8.71和1.99、8.44.共聚物溶液性质研究结果表明,P(AM-co-VPPS)在含NaCl和CaCl2的水溶液中的特性黏数都比纯水中的大,表现出明显的反聚电解质行为.特性黏数增加的程度随共聚物中4-VPPS单元的含量和水中盐浓度增加而增大;当共聚物中4-VPPS摩尔含量为10.2%时,其在1mol/LNaCl、2mol/LNaCl和2mol/LCaCl2水溶液中特性黏数与在纯水中相比,分别增加47.3%、56.7%和56.8%.

十二烷基甜菜碱/脂肽复配体系与原油界面行为的研究

在50℃下以3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱(SDDAB)为主要组分,分别考察了SDDAB/碱、SDDAB-脂肽/碱二元(AS)和ASP三元复合体系与原油之间的动态界面张力。在SDDAB/碱体系中,不同碱降低界面张力的能力顺序为NaOH>Na2SiO3>Na2CO3>NaHCO3;不同复配弱碱降低界面张力的顺序为Na2CO3-Na2SiO3>Na2SiO3-NaHCO3>Na2CO3-NaHCO3。Na2CO3-Na2SiO3的碱性弱于NaOH,降低界面张力的效果优于强碱NaOH,最低界面张力值可达0.00405 mN/m,界面张力稳定值在10-310-2mN/m数量级之间。在Na2CO3-Na2SiO3加量12 g/L,表面活性剂加量0.5 g/L条件下,SDDAB、脂肽质量比为1:1时的协同作用明显,界面张力最低值可达10-4mN/m数量级。碱对界面张力的影响是双向的。对于SDDAB-脂肽/Na2CO3-Na2SiO3二元复合体系,碱加量为12 g/L时的界面张力最低。在该二元体系中加入HPAM(M=2.5×107),界面张力随着HPAM浓度的增加而升高;当HPAM加量为0.4 g/L时,ASP三元体系的动态界面张力仍在10-3mN/m数量级,为性能最佳体系。

烷基芳基磺酸盐与其他表面活性剂的配伍性研究

采用烷基芳基磺酸盐(XWY)、脂肽类生物表面活性剂(HLZT)和腰果酚磺丙基甜菜碱(XCBS)三种表面活性剂复配制备了一系列表面活性剂体系,考察了表面活性剂与聚合物二元复合驱油体系的性能,利用含量为0.30%(w)的表面活性剂溶液与聚合物组成的二元驱油体系在贝雷岩心上进行驱油实验。实验结果表明,XWY表面活性剂、HLZT表面活性剂与XCBS之间具有很好的配伍性和协同效应,在三次采油中将化学驱和生物表面活性剂驱结合,能显著降低二元体系的界面张力,合成的表面活性剂稳定性好,抗吸附性能符合二元驱表面活性剂的要求,注0.3 PV含量为0.30%(w)的复配表面活性剂与聚合物组成的二元驱油体系段塞,总采收率可达到63.9%,具有较好的驱油效果。

分子动力学模拟Ca2+对SB12-3/SDBS复配体系在油/水界面聚集行为的影响

采用分子动力学模拟方法对十二烷基磺丙基甜菜碱（SB12-3）/十二烷基苯磺酸钠（SDBS）表面活性剂复配体系在油/水界面的聚集行为进行了考察,在分子水平上讨论了Ca^2＋对SB12-3/SDBS表面活性剂复配体系性质的影响。模拟结果表明：SB12-3与SDBS的物质的量之比为4∶6时两者的协同增效作用最好。Ca^2＋加入后可以取代油/水界面处Na-＋的位置,压缩SB12-3和SDBS的极性头基使两者在油/水界面排布得更紧密。径向分布函数计算结果表明：Ca^2＋存在时SB12-3和SDBS中的—SO3^-与水分子的相互作用更强,Na-＋更加靠近SB12-3的—SO3^-,使其扩散双电层被压缩;同时,SB12-3和SDBS的溶剂可及面积明显减小,使两者在界面排布得更紧密。通过计算疏水尾链序参数以及SB12-3和SDBS的极性头基与疏水尾链之间的角度,发现Ca^2＋可以使SB12-3和SDBS的疏水尾链与油相的相互作用增强,降低油/水界面张力。

分子动力学模拟阴离子/两性离子表面活性剂在油-水界面的分子行为及协同效应

采用分子动力学模拟方法研究了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)/十二烷基磺丙基甜菜碱(SB12-3)混合体系在油-水界面的聚集行为以及SDS与SB12-3的协同作用。通过密度分布、界面厚度、界面形成能来分析油-水界面性质,当n(SDS)/n(SB12-3)=1/1时,协同效应达到最大,即混合体系的界面形成能(E_(IF))达到-640.959 kJ/mol。通过亲水基团的径向分布函数和氢键数目研究了SDS和SB12-3的亲水效应,发现SB12-3的亲水基团与水分子优先形成氢键,且形成氢键数目(12.555)大于SDS与水之间的氢键数目(8.968),SB12-3的亲水性更好;通过表面活性剂头基与尾链之间的夹角和疏水尾链序参数研究了2种表面活性剂的疏水性能,发现SDS烃链在油相中夹角(114.368°)大于SB12-3在油相中角度(111.903°),证明SDS拉伸程度好,表现出良好的疏水性能,2种表面活性剂的协同作用良好。