系列烷基苯磺酸盐纯化合物的合成及界面性能的研究

论文摘要

重烷基苯磺酸盐是近年来国内重点开发研究的性能优良、价格低廉的驱油用表面活性剂之一。目前,国内大多数油田已进入高含水阶段,2007年大庆油田将使用重烷基苯磺酸盐进行三次采油。但是,因为重烷基苯磺酸是混合物,产品质量极不稳定,难以达到稳定高效驱油的要求。因此从合成一系列结构单一明确的纯化合物出发,解决重烷基苯中哪种组分起主要的驱油作用,以及怎样进行馏份的切割、组分搭配的实际问题具有重要的应用价值和现实意义。 本文从分子设计的角度,合成了一系列高纯度的单烷基和二烷基苯磺酸盐。以一定链长的脂肪酸为原料,经氯化反应生成酰氯,再与苯酰基化得到烷基苯酮。烷基苯酮与格氏试剂反应合成的叔醇经还原,生成苯环在中间位置的烷基苯,将其磺化、中和得到具有单一结构的苯环在碳链上任一固定位置的烷基苯磺酸盐。此外在合成带附加基团的二烷基苯磺酸盐时,还对合成路线进行了改进,用多聚磷酸代替传统的三氯化铝作催化剂;用羧酸代替酰氯作酰化剂,反应温和,避免很多的副反应,还缩短了合成路线。叔醇的还原使用了氢碘酸还原的改良方法,反应条件温和,副反应少,产品纯度高。通过对表面活性剂的提纯研究表明,产品在复配比例适当的异丙醇和水的混合溶剂中重结晶,可以达到较高的纯度。本文所合成的表面活性剂用两相滴定法分析纯度在95%左右,通过1H NMR、MS、GC/MS验证了产品的结构和分子量。中间体的纯度和结构分别以GC和GC/MS进行了分析。 通过测定纯样品在纯水中的表面张力,绘制表面张力-浓度对数曲线,得到各烷基苯磺酸钠异构体纯化合物的cmc、γcmc、Гemc和Am值,并研究它们之间的关系,得到如下规律:烷基碳链总长度不变,随苯环向烷基链中间移动,表面活性剂分子亲油基的体积增大,一方面不利于形成胶束,使cmc增大;另一方面,当吸附于溶液表面时分子占有面积Am增大,Γmax就减少。烷基总碳数增加,表面活性剂的疏水性增强,cmc减小,Гmax增大、Am减小,γcmc变大。磺酸基的位置对γcmc值影响不大,只是使长碳链上苯环位数的变化对γcmc值影响不明显。 比较了长烷基链总碳数为十四,十六,十八的单烷基苯磺酸盐在烷烃/水界面张力,结果表明以总碳数为十六的单烷基苯磺酸盐为好。研究了单烷基苯磺酸盐苯环位置对界面张力的影响,结果表明表面活性剂随苯环在长碳链上位置的增加,降低界面张力的能力增强,且所需最佳碱浓度减小。通过对单烷基苯磺酸盐和二烷基苯磺酸盐的降低界面张力能力的比较,结果表明附加基团在一定程度上可以改善烷基苯磺酸盐降低界面张力的能力,而且使达到最低界面张力所需的最佳碱度要小。所以从理论上说,带附加基团苯环连接在靠近烷基链中间位置的长碳链烷基苯磺酸盐有可能是理想的驱油用表面活性剂的趋向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 采油技术的发展及分类
• 1.1.1 一次采油、二次采油和三次采油
• 1.1.2 三次采油技术的分类与原理
• 1.1.3 表面活性剂驱的发展
• 1.2 表面活性剂驱的基础研究
• 1.2.1 复合驱用表面活性剂的开发
• 1.2.2 表面活性剂微观驱油机理
• 1.2.3 碱的作用机理
• 1.2.4 表面活性剂体系油水界面张力行为的研究
• 1.3 烷基苯磺酸盐类表面活性剂构-效关系的研究概况
• 1.4 分子有序组合体概述
• 1.4.1 胶束
• 1.4.2 囊泡
• 1.5 表面活性剂的合成
• 1.5.1 烷基苯磺酸盐的合成
• 1.5.2 中间位烷基苯磺酸盐的合成
• 第二章 烷基苯磺酸盐的合成
• 2.1 高纯度中间位十六烷基苯磺酸盐的合成
• 2.2 甲苯系中间位十六烷基苯磺酸盐的合成
• 2.2.1 脂肪酞氯的制备
• 2.2.2 烷基苯酮的制备、纯度分析及结构鉴定
• 2.2.3 叔醇的制备
• 2.2.4 烷基苯的制备、纯度分析及结构鉴定
• 2.2.5 烷基苯磺酸钠的制备、纯度分析及结构鉴定
• 2.3 乙苯系中间位十六烷基苯磺酸盐的合成
• 2.3.1 对乙基月桂苯酮的制备、纯度分析及结构鉴定
• 2.3.2 其它化合物的谱图及解析
• 2.4 支链十二、十五、十八烷基苯磺酸钠的合成
• 2.5 实验部分
• 2.5.1 仪器与试剂
• 2.5.2 烷基苯酮的制备
• 2.5.3 Grignard试剂的制备
• 2.5.4 烷基苯的制备
• 2.5.5 烷基苯磺酸钠的制备及提纯
• 2.5.6 应用直接两相滴定法测定产品纯度
• 2.6 本章小结
• 第三章 烷基苯磺酸盐类表面活性剂界面性能的构-效关系研究
• 3.1 烷基苯磺酸盐表面性能的构-效关系研究
• 3.2 烷烃/水溶液体系的界面张力行为
• 3.2.1 研究条件范围的选择
• 3.2.2 动态界面张力行为
• 3.2.3 烷烃选择性
• min)的碱度特性'>3.2.4 界面张力最小值(DIFT_min)的碱度特性
• 3.3 原油/碱水体系的界面张力行为
• 3.3.1 动态界面张力行为
• 3.3.2 表面活性剂结构对原油/水界面张力的影响
• 3.4 实验部分
• 3.4.1 仪器与试剂
• 3.4.2 表面张力曲线的测定
• 3.4.3 界面张力的测量
• 3.5 本章小结
• 第四章 表面活性剂的有序组合体形态及超低界面张力形成机理的探讨
• 4.1 囊泡及液晶的形成与表征
• 4.1.1 透射电镜法对有序组合体形态的表征
• 4.2 表面活性剂分子结构与组合体形态的关系
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 仪器与试剂
• 4.3.2 囊泡的制备与电镜观察
• 4.4 低表面活性剂浓度无醇体系超低界面张力形成机理的探讨
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书