阴离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展

阴离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展在水中电离后起表面活性作用的部分带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。从结构上把阴离子表面活性剂分为羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐四大类。1．阴离子表面活性剂的作用机理该类表面活性剂在水中电离，起活性作用的部分为阴离子。作用为阴离子交换吸附：（粘土表面）吸附剂表面的离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用。分子中的亲水基团与毛细管壁粘土和页岩发生化学反应以化学键牢固的结合，亲油基团在外，在毛细管表面形成一层保护膜，使毛细管畅通，防止毛细管堵塞。已堵塞的毛细管也能被打通，确保石油能畅通流入生产井，从而提高石油采收率。在强酸环境中仍能与毛细壁和页岩以化学键牢固结合，防止毛细管壁页岩和粘土吸水膨胀、分散、运移，打开毛细管，使之畅通确保石油流入采油井，从而提高石油采收率。2.阴离子表面活性剂对粘土性能的改变和影响阴离子表面活性剂对粘土的力学特性能产生显著的影响。具体表现为：压缩性增大，抗剪强度降低；整体表现为工程适用性下降，力学性质劣化。阴离子表面活性剂降低了粘土的湿陷性，并且污染土的渗透性较原状土有所降低。阴离子表面活性剂能降低土体的基质吸力，从而导致其抗剪强度下降的机制，其中SDBS这种表面活性剂对粘土的微观结构有所弱化，强度降低，击实性能提高。3.阴离子表面活性剂应用与发展3.1油气集输过程中的应用a．一、二次采油阶段，采出的原油乳状液为油包水乳状液，最初使用羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐等阴离子型表面活性剂作为破乳剂进行脱水，后来逐渐被非离子型表面活性剂及高分子表面活性剂所代替。b.易凝和高凝点原油的输送，除加热输送以外，也可使用原油降凝剂，降低原油凝固点进行输送，阴离子型表面活性剂石油磺酸盐中的钙盐、钠盐、钾盐及铵盐都可作为原油降凝剂。c.原油中的胶质、沥青质含量越高粘度越大，给管道输送带来很多困难。为了解决这种困难，使用适量稠油降粘乳化剂，形成水包油乳状液，降低体系粘度，达到便于泵送管输目的。可作为这种乳化剂的有烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠等阴离子型表面活性剂，也可使用碱液将原油中含有的环烷酸和沥青质酸皂化后形成水泡油乳状液的乳化剂。d.天然气的管道输送，在一定条件下，同水蒸汽形成固体水合物，可堵塞管道。管道输送天然气时，可使用烷基苯磺酸钠、烷基甲苯磺酸钠作为天然气水合物的抑制剂，以防止管道堵塞。油田采出水需进行除油、除氧、除固体悬浮物、防垢、缓蚀及杀菌等处理。这些处理过程，要使用一些化学剂。在一定条件下，水中的盐类可析出沉积在管线、设备及地层表面上，这些沉积过程，称为结垢。在防垢处理中，可加入烷基醇磷酸酯钠盐、二烷基醇磷酸酯钠盐等阴离子型表面活性剂作为防垢剂。油田采出水腐蚀性较为严重，在缓蚀处理中要使用多种缓蚀剂。在众多的缓蚀剂品种中，有时也用烷基磺酸盐或烷基苯磺酸盐作为缓蚀剂或缓蚀辅助剂。3.2阴离子表面活性剂发展为了确保我国国民经济高速持续发展，在发展国民经济的同时，加强对环境污染的治理是我们的基本国策。油气资源的工业开发，不可避免地对油区土壤、大气及江河湖海水系造成一定的污染和影响。加强对这些“污染和影响”的研究及治理，已迫在眉睫。根据以上情况，各有关单位应加强对废弃油气资源的回收利用和清除研究，加强对油区土壤、大气及水系环境的保护和治理，研究实施这些环保措施所使用的各种阴离子型表面活性剂，特别是它们之中的绿色品种，避免二次污染，澈底对油区环境保护和治理。4．阴离子表面活性剂的应用举例硫酸酯盐介绍硫酸是一种二元酸与醇类发生酯化反应时可以生成硫酸单酯和硫酸双酯。硫酸单酯和碱中和生成的盐叫硫酸酯盐。ROH+HOSO2--OH===RO--SO2--OH+H2O（醇）（硫酸）（硫酸单酯）RO--S02—OH+NaOH=RO--SO2--ONa+H20（硫酸酯盐）R0一S02—0Na一般写成R—OSO3Na形式，有的书上写成RSO4Na并简称为烷基硫酸酯盐。它与磺酸盐结构的区别在于硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。它们性质上的最大区别在于硫酸酯盐在酸性条件下可以发生水解：分类硫酸酯盐型阴离子表面活性剂主要有脂肪醇硫酸酯盐（又称伯烷基硫酸酯盐）和仲烷基硫酸酯盐两类。⑴脂肪醇硫酸（酯）盐（FAS或AS)脂肪醇硫酸盐的通式为：ROS0-3M+，R为烷基，M+为钠、钾、铵、乙醇胺基等阳离子，又名伯烷基硫酸盐，英文简写为FAS或AS①。FAS是肥皂之后出现的最早阴离子表面活性剂，是由椰子油氢解生成的C12～C14脂肪醇与硫酸酯化并中和制得。它有合适的溶解性、泡沫性和去污性。大量应用于洁齿剂、香波、泡沫浴和化妆品中，也是轻垢、重垢洗涤剂、地毯清洗剂、硬表面清洗剂配方中的重要组分。’如月桂基硫酸钠（C12H25OSO3Na），商品名为K12的洗涤剂在洁齿剂中有润湿、起泡和洗涤的作用；而月桂基硫酸酯的重金属盐有杀灭真菌和细菌的作用；用牛脂和椰子油制成的钠肥皂与烷基硫酸酯的钠、钾盐配制成的富脂香皂泡沫丰富、细腻，还能防止皂钙的生成；高碳脂肪醇硫酸盐与两性离子表面活性剂复配制成的块状洗涤剂有良好的研磨性和物理性能，并具有调理作用。高碳脂肪醇硫酸盐可用作工业清洁剂、柔软平滑剂、纺织油剂组分、乳液聚合用乳化剂等。它们的铵盐和三乙醇胺盐用于香波和溶剂中。商品名为阴离子洗涤剂ASEA的表面活性剂成分为脂肪醇硫酸酯单乙醇胺盐，结构为ROS03NHaCH2CH20H。⑵仲烷基硫酸盐（Teep01）它是由。—烯烃与硫酸反应生成的仲烷基硫酸酯，经中和后得到的产品，通式为R厂CH—o—SOaN，，商品名为梯波尔(Teep01）。与伯烷基硫酸（酯）盐不同，其硫酸酯盐部分一（O—SO3Na）是与烷基链上的仲碳原子相连，烷基链的碳原子数为10～18。梯波尔（Teep01）与FAS相似，也是一种性能良好的表面活性剂，但由于结构上的差异，它的溶解性和润湿性更好。因制成粉状产品易吸潮结块，一般制成液体或浆状洗涤剂。⑶脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐（AES)脂肪醇聚氧乙烯醚是一种非离．子表面活性剂，与硫酸酯化、中和得到硫酸酯盐（AES）。实际上AES是非离子—阴离子型两性混合表面活性剂，一般也将它归在阴离子型硫酸酯盐表面活性剂中。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐，简称醇醚硫酸盐（AES）。由于它的溶解性能、抗硬水性能、①AS可以是alk9nesul{。n9te，烷基磺酸盐，也可以是alkancswlfatc伯烷基硫酸酯盐的缩写，此处为后者。起泡性；润湿力均比脂肪醇硫酸盐（AS）好且刺激性低，因此常作为AS的替代晶广泛应用于香波、浴用品、剃须膏等盥洗卫生用品中，也是轻垢、重垢洗涤剂、地毯清洗剂、硬表面清洗剂的重要组分。⑷脂肪酸衍生物的硫酸酯盐这类物质的通式为R一CXR'OSO-3M+(X为氧原子、--N、-N、R'，为烷基、亚烷基、羟烷基、烷氧基）。这类产品有良好的润湿性和乳化性，通常用润湿剂。如用硫酸处理含有羟基或不饱和键的油脂或脂肪酸酯，中和后得到的产品为油脂或脂肪酸酯的硫酸酯盐。其中有代表性的是用蓖麻油酸化、中和得到的土耳其红油（因适合做土耳其红染料的匀染助剂而得名）。⑸不饱和醇的硫酸酯盐当脂肪醇硫酸酯盐结构中脂肪醇部分是含有双键的不饱和醇时其性能有较大改变，如在低温时仍呈透明状，有较低表面张力和临界胶束浓度，有良好的润湿性能。其中油醇硫酸盐[CH3(CH2）7CH=CH(CH2）7一CH2OS3Na]是一种重要的不饱：和醇硫酸盐，它的起泡力好、去污力强并有良好的乳化能力和良好的钙皂分散力，是目前正在研制开发的新产品。2011010244贾英剑石工11-2