摘要: 油/水界面张力能否降至超低(≤10-3 mN/m)是在三次采油提高原油采收率过程中筛选驱油剂配方的一个重要指标，设计超低界面张力体系并研究超低界面张力产生机理对指导驱油剂的设计具有重要意义。本文采用“一锅法”合成了非离子表面活性剂烷醇酰胺，研究了... 展开 油/水界面张力能否降至超低(≤10-3 mN/m)是在三次采油提高原油采收率过程中筛选驱油剂配方的一个重要指标，设计超低界面张力体系并研究超低界面张力产生机理对指导驱油剂的设计具有重要意义。本文采用“一锅法”合成了非离子表面活性剂烷醇酰胺，研究了合成条件、无机盐浓度以及增溶油相对该类表面活性剂界面活性的影响，结合FT-IR光谱、界面扩张流变、分子模拟等手段研究了非离子表面活性剂烷醇酰胺的分子行为以及在不同条件下产生超低界面张力及具有油相适应性的机理。本论文取得的认识为建立表面活性剂的构效关系提供理论基础，并为设计三次采油中超低界面张力体系提供指导。 本文主要分为以下三个部分: 第一部分采用月桂酸甲酯和二乙醇酰胺为原料在碱性催化剂甲醇钠条件下利用“一锅法”合成了非离子表面活性剂月桂酸二乙醇酰胺，分别采用石油醚和水进行纯化，得到了高纯度的月桂酸二乙醇酰胺，借助核磁、红外等手段进行了表征。结果表明，由合成引入的月桂酸甲酯、二乙醇酰胺、胺单脂、胺双脂等伴生物分子与主剂月桂酸二乙醇酰胺协同吸附在油/水界面且分布在不同的位置，导致该体系具有高的界面活性和油相适应性。通过单一变量法研究了合成条件对月桂酸二乙醇酰胺体系界面性能的影响。 第二部分实验结果表明，非离子表面活性剂烷醇酰胺在Ca2+/Mg2+存在下，可以将十二烷/水的界面张力降低至10-3mN/m数量级，且在一定范围内随着盐度的增加界面张力逐渐减小，为我们提供一个很好的研究超低界面张力机理的模型。通过测定FT-IR光谱我们发现，Ca2+/Mg2+存在时，界面层内与烷醇酰胺亲水头基相互作用的水分子数目减小，相互作用减弱。红外光谱的分析数据表明Mg2+结合自由水的能力要强于Ca2+，在相同浓度条件下，Mg2+在界面层内结合水分子数目要远多于Ca2+。表面活性剂疏水性增强，界面张力降低。Mg2+存在条件下烷醇酰胺疏水性增强的幅度要大于Ca2+，Mg2+降低油/水界面张力的能力要强于Ca2+。 第三部分研究了烷醇酰胺及增溶癸烷的溶胀胶束体系与不同油相间的界面扩张流变性质。结果表明，当烷醇酰胺胶束增溶一定量癸烷分子后，与不同油相的界面扩张模量的变化趋势较单一烷醇酰胺时要小。通过计算界面生成能发现，当适量癸烷增溶于烷醇酰胺疏水尾链间时形成的界面层界面能低，因此当增溶了癸烷的溶胀胶束与油相接触时，烷醇酰胺和增溶的癸烷分子在油水界面由热力学驱动组装形成界面层，油相分子对界面层的组成和性质的影响程度降低，因此在采用不同油相时界面流变性的差异减小。因此只要确定表面活性剂与癸烷的最佳比例，取得最低的界面生成能，便可以通过预组装的溶胀胶束在油水界面吸附形成界面层，避免油相分子进入界面层，从而保障体系对不同油相的适应性。 综上所述，本论文研究了月桂酸二乙醇酰胺合成过程中产生的副产物及伴生物分子对主剂界面活性的影响;仅通过改变盐度使得烷醇酰胺将十二烷/水界面张力降至超低，利用FT-IR(ATR)光谱研究了钙、镁变化对界面层内分子行为的影响;研究了增溶油相的烷醇酰胺溶胀胶束的界面扩张流变性质，探索了取得油相适应性的理论机制。本文取得的结果和认识可为揭示表面活性剂构效关系和揭示超低界面张力机理提供一定的理论依据。 本论文的主要创新点: (1)本文深入探讨了表面活性剂合成过程中的副产物及伴生物对产物界面活性的影响，揭示了烷醇酰胺取得高界面活性的关键机制，为表面活性剂的合成与应用相结合提供了新的思路，避免了合成过程中资源的浪费以及相关性能的降低。 (2)结合分子模拟理论研究方法和FT-IR(ATR)光谱等实验方法，研究了表面活性剂分子行为对界面性能的影响，为揭示超低界面张力机理提供了重要依据。 (3)结合界面流变实验研究方法，将界面扩张模量与表面活性剂油相适应性相关联，揭示了取得油相适应性的关键理论机制，为设计具有油相适应性的驱油剂体系提供新的技术路线。 收起