表面活性剂原理及应用 - 图文(4)

表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

表面活性剂在界面上的吸附主要是由碳氢链脱离水环境所引起,其吸附速度与分子的碳氢链长度呈负相关。OP- 10的碳氢链最短,只有8个碳,因此在界面上的吸附速度最快,达到最大吸附量的时间最短。SFE的碳氢链最长,吸附速度最慢。表面张力越小的表面活性剂,在叶面上的润湿能力越强。由此可知,在4种表面活性剂中,OP- 10的润湿作用最好。

b表面张力所引起的接触角不同对润湿作用的影响——仍以水和植物叶片为例

附表表明,水的接触角为63°。不同表面活性剂在叶面上的接触角不同;同种表面活性剂在不同浓度时接触角不同。SFE即使在浓度较大(2000mg/kg)时,其接触角也只有70°。而OP-10的变化很明显,从70～105°。在100mg/kg时,Tween-20在叶面上的接触角最大,为86～88°。

在生产中,常把接触角定为润湿性标准,角越大,润湿能力越好。试验表明,OP-10的润湿性能最好,平平加、Tween-20次之,SFE几乎不能改善水对叶面的润湿能力。这与表面活性剂碳氢链越短,润湿性能越好的报道相符,并与动表面张力的试验结果基本一致。

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2、起泡作用：

泡!就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜,包围着空气而形成泡沫,用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等,这种活性剂称为起泡剂。起泡作用也是由于活性剂在气液界面上的吸附形成活性剂的薄膜，并使界面张力大大下降，从而增加了气液的接粗面，使泡沫易于产生，加之活性剂产生了一定强度的保护膜，可以防止气体合并变大，因此具有一定稳泡性，为使泡沫更加稳定，常加稳泡剂。油田上用起泡作用有泡沫堵水、泡沫驱油等。

随着世界能源需求的增加,对石油的开采量及开采效率的要求越来越高,常规的采油方法(一次和二次法) 一般仅采出原油地质储量的1/3。当常规方法生产的原油产量不断下降时,提高原油采收率将在资源利用方面发挥重要作用。而泡沫技术就可达到保护油气层、提高采收率的目的。这项技术在国外石油工业中的应用是从上个世纪六十年代开始的,近年来发展很快,现已广泛应用于钻井、试油、增产措施、修井和采油工艺。由于泡沫流体的独特性能,解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难题。取得了较大的经济效益。泡沫技术本身也在大量的生产实践中不断得到改进而日臻完善,为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔的前景。

泡沫是气体和液体混合组成的分散体系,气体分散于液体中即产生气泡。大量的气泡密集在一起则成为泡沫,它的结构形状与蜂窝相似。气相是分散相,液相是分散介质。就其本质而言,泡沫是热力学不稳定体系。液膜的排液和气体的扩散是导致泡沫破裂的原因。泡沫一旦破裂,液体的表面积大为减小。由于泡沫流体具有低密度、低滤失、低油层伤害和高粘度、高悬砂能力等突出优点,常被用于石油工业的钻井、驱油、压裂、调堵等作业过程。泡沫技术的使用受到人们越来越多的重视。常用的起泡剂为表面活性剂,包括阴离子起泡剂、阳离子起泡剂、非离子起泡剂、两性离子起泡剂、聚合物起泡剂和复合型起泡剂等。一般常用阴离子型起泡剂,如十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)等。但在广

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度上和深度上都显薄弱,难以满足实际应用的需要。为此,需进一步研究盐浓度、温度、压力、原油的存在和表面活性剂的结构对泡沫性能的影响。

通过以OP(辛基酚聚氧乙烯醚)AES(烷基醇聚氧乙烯硫酸钠)SEM(咪唑啉表面活性剂)AGES-100AGES-80SD-2SDS(十二烷基硫酸钠)SDBS(十二烷基苯磺酸钠)为实验试剂，以通过搅拌器叶轮在泡沫基液中高速旋转,空气进入基液而形成泡沫流体为实验机理进行了一系列的实验，总结出了个个因素对其性能的影响，如下：

图1——不同浓度下的泡沫初始体积

图2——不同浓度起泡剂的半衰期

每种起泡剂要超过一定的浓度后才能发挥作用。浓度太低,不能达到起泡的目的。当超过这一浓度值后,随着起泡剂浓度的增加,产生泡沫的体积也随之增加,且增加趋势明显。当浓度达到一定值后,体积不再增加或增加趋势明显减慢。图1列出了几种起泡剂在不同浓度下的初始体积,从图中可以看出起泡剂浓度增加到一定值后,体积不再变化或变化减慢。随着起泡剂浓度的增加,半衰期总的趋势是增长,但所挑选的起泡剂中大部分增长比较平缓。只有SD-2随起泡剂浓度的

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增加半衰期增长较大,增加的趋势非常明显,浓度为1.0%时半衰期远远长于其它起泡剂(见图2,图中只列出了具有代表性的起泡剂)。从图3中可看出,温度对起泡剂的稳定性有影响。30℃曲线在60℃曲线之上,升高温度,相同浓度的同一种起泡剂的半衰期普遍都要降低。在室温下稳定性好的SD-2在60℃温度下稳定性变差,和其它起泡剂比较起来,半衰期差别不是很大。30℃和60℃温度下起泡剂产生泡沫的体积变化不大,有的起泡剂产生的泡沫体积稍微有一定增长(见图4)。

图3——不同温度下起泡剂的半衰期

图4——不同温度下起泡剂的初始体积

AGES-100在室温下不溶,加热溶解。通过比较,在60℃条件下,用AGES-100作起泡剂的效果是这些起泡剂是最好的。浓度为0. 2 %的AGES-100 就呈现出优良的起泡性能,比其它起泡剂的半衰期都长。浓度增加,半衰期稍有降低。图5是采用60℃下测得的AGES-100值所作的图。通过比较,在60℃的温度下AGES-100比其它所选用的起泡剂稳定性要好。

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图5——AGESW-100半衰期

对所挑选的起泡剂溶液进行了发泡能力、稳定性和抗温性测试和起泡剂用量选择。总的来看,升温对起泡剂的起泡能力影响不大,而对稳定性有不同程度的负面作用;所用的起泡剂中没有一种起泡剂的综合性能明显较其它起泡剂佳。室温下,SD-2的稳定性和发泡能力较好。而在60℃条件下,综合来看,AGES-100的性能较好,具有较强的稳定性。

3、增溶作用：

非极性有机物如苯在水中溶解度很小,加入油酸钠等表面活性剂后,苯在水中的溶解度大大增加,这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的,增溶的苯不是均匀分散在水中,而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实,增溶后各种胶束都有不同程度的增大,而整个溶液的依数性变化不大。

大连民族学院的科研人员以苯酚为目标物,采用平衡法，通过测定苯酚的溶解度，研究表面活性剂对苯酚溶解度的影响。称量过量的苯酚(精确至0.0001g)和不同浓度的表面活性剂作为溶剂放于锥形瓶中,打开搅拌器,先将超级恒温水浴的控制温度升温到25,观测晶粒不再减少时,开始将溶液以0.2摄氏度min-1的速度缓慢降温到所测定的温度20,恒温2h,观测到不再有溶质析出时,停止搅拌,恒温静置10min,待所有固体颗粒沉淀。取上部溶液10mL,采用4-氨基安替比啉分光光度法测定苯酚的浓度,分析其组成,即为20摄氏度时的溶解度。实验过程中不停的搅拌以防止结晶和过饱和。所得数据为3次重复测量的平均值。

研究结果表明在20,将实验测得的苯酚在水中的溶解度数据与文献值进行了对比,结果如图1,两者平均相对误差为2.156%,说明采用本实验方法测定苯酚的固液平衡数据是可靠的。苯酚在两种表面活性剂体系中溶解度都随着表面活性剂浓度的增大而增加,十六烷基三甲基溴 …… 此处隐藏：1989字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……