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《中国科学院研究生院(理化技术研究所)》 2007年
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2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的合成及理化性质的研究

黄玉萍  
【摘要】: 驱油用表面活性剂分子设计是大幅度提高石油采收率技术领域研究的前沿,而其关键科学问题就是表面活性剂分子结构与性能的关系,该问题的深入研究可为新型、高效、无储层伤害驱油用表面活性剂的开发提供重要的理论依据。 本论文选择在三次采油中应用较广的烷基苯磺酸盐为研究对象,首次成功合成了九种高纯度、结构明确的磺酸基邻位有一羟基的2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠同系物。合成中采用了酰化反应、酯化反应、Fries重排、催化氢化还原反应、磺化以及中和等反应。反应的中间体和最终产物均使用1H NMR、IR、MS等手段进行结构鉴定,并用两相滴定法确定了所合成的2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的纯度,均大于99.0%。 用合成的系列2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠作为模型化合物,系统地研究了双取代直链疏水结构和取代羟基对界面吸附和界面张力的影响。测定了合成的2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠在纯水和一定离子强度水溶液中的表面张力及与正十一烷间的界面张力。通过表面张力随浓度变化的γ-曲线获得了各个2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度(cmc)、临界胶束浓度时的表面张力(gCγcmc)、饱和吸附量(Γm ax)、降低表面张力的效率(pC20)和标准吸附自由能( )等物化参数。结果表明,2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠分子中双取代直链疏水基结构的变化和苯环上的取代羟基对吸附和界面张力有重要的影响,用修正的Blankschtein二维空间气体模型的吸附等温方程和界面压状态方程解释了2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的分子代表性面积(aΔGads)和非极性链之间的相互作用(BBss)对界面吸附和界面张力的影响。 测定了一个系列2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的动态表面张力,采用Rosen经验方程和Word-Tordai方程进行分析计算,得到了其动态表面参数和校正扩散系数Deff。 采用Langmuir槽法和气泡扩张法两种技术,运用小幅低频振荡和界面张力弛豫分析方法,研究了部分2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠在空气-水表面和正癸烷-水界面上的扩张粘弹性质。具体考察了其动态界面扩张性质及界面扩张参数(模量、相角、弹性、粘性)随表面活性剂体相浓度和工作频率的变化规律。实验发现,2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠的动态扩张模量通过一个尖锐的最高值,这一性质不同于常规低分子量表面活性剂,表明此类表面活性剂分子可能通过羟基与水分子产生了相互作用,分子构象发生改变,界面吸附层进行了重排。此类表面活性剂这一特殊性质的研究拓展了对水溶性表面活性剂的结构影响其界面膜性质的认识。 通过气流法测定了一个系列2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠水溶液的泡沫性能,并考察了表面活性剂浓度对起泡性和泡沫稳定性的影响。实验发现,在本论文研究范围内,2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠溶液的起泡能力和泡沫稳定性都很强。分子中疏水链的增长使其起泡性能降低,稳泡性能则先增加后降低。 采用荧光光谱法从微观的角度研究了系列2-羟基-3,5-长链烷基苯磺酸钠在水溶液中的聚集性能,探讨了疏水链结构对胶团聚集数的影响。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(理化技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ423

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