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系列烷基苯磺酸盐异构体纯化合物的合成、界面性能及构-效关系的研究

杨捷  
【摘要】:本论文的主要目的是合成出一系列烷基苯磺酸盐异构体纯的化合物,并通过研究该系列表面活性剂结构与性能的关系,找出具有最佳降低油水界面张力能力的表面活性剂分子构型,同时从微观上解释表面活性剂降低油水界面张力至超低的作用机理,从而为三次采油用表面活性剂的分子设计提供理论依据。 本文合成了一系列不同烷基碳链长度、苯环连接在烷基不同位置上的烷基苯磺酸钠异构体纯化合物。分别用气相色谱和气-质谱对烷苯酮、叔醇和烷基苯这三类中间体进行了纯度分析及结构表征。最终产物烷基苯磺酸钠经高效液相色谱验证纯度均在95%以上,并通过电喷雾质谱、核磁共振~1H谱和~(13)C谱鉴定了结构正确。 分别对该系列烷基苯磺酸盐表面活性剂在烷烃/水溶液体系及原油/碱水体系的界面张力行为进行了考察。动态界面张力行为的研究表明,单一表面活性剂体系对烷烃的界面张力动态变化呈单调递减性,而在原油/碱水体系中的动态界面张力出现瞬时最小值,这是由于碱与原油中的酸反应就地生成的活性物与外加表面活性剂协同作用的结果,之后随着生成的活性物从界面上脱附并扩散进入体相,这种协同作用消失,平衡时的界面张力主要是外加表面活性剂作用的结果。从烷烃选择性、界面张力的碱度特性等方面的研究结果表明,烷基总碳数为16并且苯环连接在靠近烷基链中间位置的烷基苯磺酸盐在低碱度下可将油水界面张力降至超低,并且对较宽分子量范围的油相都适用,是三次采油用表面活性剂的理想结构。 通过对该系列烷基苯磺酸盐异构体纯化合物的表面性能及质子核磁共振弛豫的研究,阐明了表面活性剂的分子结构与胶束形态、降低表面张力的能力及表面吸附层结构之间的关系。用透射电子显微镜、偏光显微镜表征了该系列化合物在水溶液中分子有序组合体的形态,研究发现5位异构体可自发形成单室囊泡,而7位异构体则易形成层状液晶结构,在经过长时间的超声振荡后也可转变为单室囊泡。综合研究表明,随苯环向烷基链的中间移动,烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子临界排列参数增大,几何形状由圆锥→截锥→圆柱形转化,使得有序组合体的形态由胶束→囊泡→层状液晶转变。 对超低界面张力形成机理进行了探索,发现在低表面活性剂浓度、无醇体系中,表面活性剂分子既没有通过界面传质油水相扩散进入油相并达到相等的两相分配,也不能形成中相微乳液,于是认为该体系超低界面张力的形成是由表面活性剂分子的界面吸附层状态所决定,并且有可能是在当吸附层既不倾向于朝水相弯曲也不倾向于朝


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