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棕櫚酸二甘醇酰胺無堿條件下降低大慶原油/地層水界面張力——結(jié)果和討論、結(jié)論
來源:江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 瀏覽 371 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-17
2結(jié)果和討論
2.1棕櫚酸二甘醇酰胺的合成
通過用鹽酸-異丙醇法測定剩余二甘醇胺的含量,結(jié)合投料量,計(jì)算出棕櫚酸二甘醇酰胺的產(chǎn)率。結(jié)果表明,若反應(yīng)溫度高于5℃,則易于生成副產(chǎn)物氨基酯。因此為保持棕櫚酰氯與二甘醇胺進(jìn)行高選擇性的反應(yīng),需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度低于5℃。單因素試驗(yàn)表明,當(dāng)n(酰氯)∶n(二甘醇胺)=1∶1.02時(shí),在0~5℃范圍內(nèi)反應(yīng)3 h后,產(chǎn)率可達(dá)到95%。
2.2棕櫚酸二甘醇酰胺的表征
2.2.1紅外分析采用液膜法對產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜分析,所得紅外圖譜如圖1所示。
圖1棕櫚酸二甘醇酰胺的紅外光譜
由圖1可以看出,圖中3 288.6~3 400 cm-1處強(qiáng)烈的寬峰為—OH吸收峰;1 637.4 cm-1處強(qiáng)而尖銳的吸收峰為酰胺鍵中的C==O伸縮振動;3 294.1和1 560.3 cm-1處的吸收峰為酰胺鍵中的N—H的不對稱伸縮振動和變形伸縮振動;1 076.2 cm-1處的吸收峰為伯醇C—OH的伸縮振動,據(jù)此可推斷產(chǎn)品為烷醇酰胺。
2.2.2質(zhì)譜分析圖2為棕櫚酸二甘醇酰胺的質(zhì)譜圖(正電荷模式)。
圖2棕櫚酸二甘醇酰胺的質(zhì)譜圖
在正電荷模式下,產(chǎn)物將結(jié)合一個(gè)H+或Na+而帶正電,從而顯示正離子峰。據(jù)此推測,圖2中兩個(gè)最強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子峰分別對應(yīng)于[M+Na]+和[M+H]+,于是產(chǎn)物相對分子質(zhì)量M=343,與目標(biāo)產(chǎn)物棕櫚酸二甘醇酰胺的相對分子質(zhì)量完全吻合。m/z為282.3的離子峰為產(chǎn)品去掉—OCH2CH2OH后的碎片,m/z為709.6的離子峰對應(yīng)于目標(biāo)產(chǎn)物的二倍體[2M+Na]+。
2.2.3核磁分析以CDCl3為溶劑對產(chǎn)品進(jìn)行核磁分析,圖譜解析結(jié)果如圖3和表1所示。
由表1可以計(jì)算出產(chǎn)物中H的積分值為41,與目標(biāo)產(chǎn)物的分子式C20H41NO3相符。
2.3棕櫚酸二甘醇酰胺的耐鹽性
在水中加入CaCl2,會降低表面活性劑在水中的溶解度。因此,隨著溶液中Ca2+含量的不斷增加,表面活性劑溶液會變渾濁或析出沉淀,據(jù)此可判斷表面活性劑的耐鹽能力。表2為棕櫚酸二甘醇酰胺耐鹽能力的測定結(jié)果,棕櫚酸二甘醇酰胺的濃度為0.5 mmol/L。另外烷基芳基磺酸鹽是一種典型的驅(qū)油用表面活性劑,其主要缺點(diǎn)之一是不耐硬水,因此作為對比,表2中也列出了對十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的測定結(jié)果。
表2棕櫚酸二甘醇酰胺的耐鹽能力及其與十二烷基苯磺酸鈉的比較
由表2可見,十二烷基苯磺酸鈉在Ca2+質(zhì)量濃度達(dá)到250 mg/L時(shí),溶液開始變渾濁,至300 mg/L時(shí),溶液中出現(xiàn)沉淀;而對于棕櫚酸二甘醇酰胺,雖然溶液是渾濁的,但直到Ca2+質(zhì)量濃度達(dá)到2 000 mg/L時(shí)才有明顯的沉淀出現(xiàn)。由此表明,棕櫚酸二甘醇酰胺具有優(yōu)良的耐鹽能力。
2.4棕櫚酸二甘醇酰胺的表面活性
圖4為45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺的γ-logc曲線。
圖4 45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺水溶液的表面張力隨濃度的變化
圖4中的點(diǎn)為測量值,而線為Szyszkowski公式γ°-γ=nRTΓ∞ln(1+Kc)的計(jì)算值。由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可得到臨界膠束濃度(ccmc)和γcmc數(shù)值,而通過用Szyszkowski公式對測定值進(jìn)行模擬可以獲得飽和吸附量Γ∞和分子截面積a∞等參數(shù),結(jié)果列入表3。
表3 45℃時(shí)棕櫚酸二甘醇酰胺的表面活性參數(shù)
由表3可見,棕櫚酸二甘醇酰胺的ccmc在10-5mol/L數(shù)量級,γcmc能達(dá)到30 mN/m以下,飽和吸附時(shí)分子截面積也相對較小,因此具有很高的表面活性。顯然這與棕櫚酸二甘醇酰胺的結(jié)構(gòu)有關(guān),由于其具有長鏈烷基,又是非離子型的,親水基之間沒有靜電排斥作用,因而易于吸附到界面,并在界面上緊密排列。
2.5棕櫚酸二甘醇酰胺降低大慶原油/水界面張力的性能
通常單一表面活性劑難以將油水/界面張力降到超低,而為了獲得超低界面張力,往往需要使用混合表面活性劑。棕櫚酸二甘醇酰胺也不例外,當(dāng)其濃度為1×10-4mol/L時(shí),45℃下與壬烷的界面張力為8.6 mN/m。
將棕櫚酸二甘醇酰胺與甜菜堿類兩性表面活性劑復(fù)配,溶于大慶油田的地層水,其中混合表面活性劑中棕櫚酸二甘醇酰胺的摩爾分?jǐn)?shù)為0.6,水相中加入質(zhì)量濃度為1 000 mg/L聚丙烯酰胺,不加任何堿或中性無機(jī)鹽,也不加任何助表面活性劑,在45℃下測定其與大慶四廠原油的界面張力,結(jié)果如圖5所示。
圖5 45℃時(shí)大慶原油/棕櫚酸二甘醇酰胺地層水溶液的動態(tài)界面張力
由圖5可以看出,在相當(dāng)寬的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)(0.05%~0.5%),平衡界面張力皆能達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級。在動態(tài)界面張力方面,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí),界面張力降至10-3mN/m數(shù)量級需要45 min左右;而在較高的濃度下,僅需20 min左右。在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%)下,界面張力在60 min后有所上升,但仍維持在1×10-3mN/m數(shù)量級,其余濃度下界面張力平穩(wěn)下降,無反彈。
用壬烷代替大慶原油,測定界面張力,表面活性劑總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%,結(jié)果也能獲得超低界面張力,如圖6所示。這一結(jié)果與大慶原油的等效碳原子數(shù)為9左右完全一致。
圖6 45℃時(shí)壬烷/棕櫚酸二甘醇酰胺地層水溶液(0.2%)的動態(tài)界面張力
顯然棕櫚酸二甘醇酰胺可以作為無堿驅(qū)油用表面活性劑,用于表面活性劑-聚合物二元復(fù)合驅(qū)。
3結(jié)語
1)以四氫呋喃作溶劑,在氧化鎂存在下,通過棕櫚酸酰氯和二甘醇胺在0~5℃下反應(yīng)可以合成棕櫚酸二甘醇酰胺。在優(yōu)化反應(yīng)條件下產(chǎn)率可達(dá)到95%。經(jīng)紅外、質(zhì)譜、核磁等表征,合成產(chǎn)物與目標(biāo)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)相符,為一種單一化合物。
2)45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺的臨界膠束濃度為1.48×10-5mol/L,γcmc為29.7 mN/m,在水/空氣界面的飽和吸附量達(dá)到4.0×10-10mol/cm2,具有很高的表面活性。當(dāng)濃度為0.5 mmol/L時(shí),在Ca2+質(zhì)量濃度高達(dá)1 800 mg/L的水溶液中不沉淀,具有良好的耐鹽性。
3)作為主表面活性劑(摩爾分?jǐn)?shù)=0.6),棕櫚酸二甘醇酰胺通過與兩性表面活性劑復(fù)配,能在總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%~0.5%范圍內(nèi)將大慶原油/地層水的平衡界面張力降到10-3mN/m數(shù)量級。因此棕櫚酸二甘醇酰胺可以作為驅(qū)油用表面活性劑用于無堿二元復(fù)合驅(qū)。