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胺的结构对CO_2开关乳液稳定性及破乳性的影响

索玉心  
【摘要】:响应型乳液是指,在pH,光照,磁场等外界刺激条件改变时会失稳并导致破乳的乳液。在很多实际生产中,早期阶段的乳液需要能够保持稳定不破乳,但是后期又能根据要求迅速发生破乳,例如稠油的管道运输。因此系统地研究影响响应型乳液的主要因素至关重要。早期多利用开关型表面活性剂来制备响应型乳液,但是其合成过程较为复杂且产率较低。而近年来已有部分研究使用相对简单易得的物质,不需要通过复杂的合成,从而能同样完成上述过程。其中一种是使用脂肪酸和CO2开关溶剂混合形成C02开关乳液,而另一种是使用传统阴离子表面活性剂和叔胺,传统阴离子表面活性剂起到乳化作用,通入CO2后,叔胺被质子化后和表面活性剂结合,乳化剂失效,从而破乳。因此对于胺的选取至关重要。基于此,本文第一部分选取了一系列不同碳链长度的叔胺和传统阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行研究,系统比较叔胺在通入CO2前后对该体系稳定性和破乳性能的影响。首先通过分水率,界面张力和乳液液滴的粒径变化表征乳液的稳定性,证明极少量叔胺在混合过程中已经被水质子化,作为助表面活性剂插入到排布在油水界面的SDBS分子之间,增强乳液稳定性。通入CO2后,大量叔胺被质子化成季铵盐,和SDBS通过静电作用结合形成离子对,由于SDBS自身碳链疏水性较强,季铵盐的碳链长度越长,所形成的离子对的亲水性越差,越容易从水相中析出,通过界面张力的变化和紫外分析不同碳链长度的叔胺和SDBS所形成的离子对在CO2的条件下析出含量的多少,证明叔胺碳链长度对离子对析出效果的影响。最后通过Zeta电位和显微镜等方法证明破乳过程的机理,从而实现了通过叔胺的碳链长度来实现对开关乳液开关性能的调控。第二部分选取了含不同官能团的胺和阴离子表面活性剂油酸钠(NaOA)进行研究,同样针对体系乳液的稳定性和破乳性进行研究,首先以五甲基二乙烯基三胺(PMA)为例,证明加入PMA的乳液体系稳定性和破乳性都有增强的作用。其次对NaOA,PMA和PMA/NaOA水溶液对CO2的响应机理进行研究,证明PMA/NaOA在不存在C02时水溶性良好,通入CO2后形成不溶于水的淡黄色物质,通过核磁证明为PMA/NaOA通过静电作用结合形成的离子对,证明PMA/NaOA对CO2响应机理。之后选择三组包含不同官能团的胺分别研究其影响结果,先通过对比通CO2前不同官能团的胺对乳液稳定性的影响,证明,官能团对乳液稳定性都是有增强作用的,其中羟基由于其自身较强的水溶性而效果最好;再比对通CO2之后的破乳效果,三组包含不同官能团的胺对乳液破乳效果差异明显,其中叔胺基个数不同的胺对乳液破乳效果有增强效果,说明选择不同结构的胺对乳液破乳性能影响较为明显。综上证明的确可以通过对胺的官能团的选择,从而实现对CO2开关乳液的调控。最后通过对比胺的碳链长度相较于官能团,对CO2开关型乳液的影响更明显,破乳效果更好,因此针对不同碳链长度的胺组成的CO2响应型乳液的应用进行了初步的研究,证明这类CO2响应型乳状液在稠油的应用方面能起到有效的乳化和迅速的破乳,可以通过对CO2开关溶剂的选择实现对稠油乳液的有效调控,并且能有效的节省和最大程度的利用该体系对稠油进行乳化和迅速破乳。


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