季铵盐型Gemini表面活性剂的合成应用研究进展

季铵盐型Gemini表面活性剂具有正电荷性、吸附性强、易形成亲油性膜层、易生物降解等优点,在原油开采、纺织、医药、造纸、皮革、日用化工等领域具有广泛的用途。介绍了季铵盐型Gemini表面活性剂的分类,综述了季铵盐型Gemini表面活性剂的合成方法及应用领域,展望了新型季铵盐Gemini表面活性剂的未来发展方向。     

季铵型Gemini表面活性剂的研究及应用

综述了季铵型Gemini表面活性剂的合成方法、理化性能（包括界面吸附、表面活性、临界胶束浓度、微观形态、协同效应等）,并介绍了其在杀菌、缓蚀、驱油、助染等方面的应用。     

阳离子型Gemini表面活性剂对固体表面润湿反转行为的研究

本文采用油/水/固三相接触角法研究了阳离子Gemini表面活性剂(GS12-2-12)分别改变亲油/亲水云母表面润湿性的能力,利用原子力显微镜考察了Gemini表面活性剂在亲油/亲水云母表面润湿反转前后的吸附形貌.实验结果表明,在GS12-2-12浓度为800mg/L时均能使亲油表面和亲水表面发生润湿性反转.原子力显微镜吸附形貌分析数据证明润湿反转的本质是Gemini表面活性剂在固体表面形成单层吸附的结果.对于亲水固液界面,Ca2+和Na+都能够使GS12-2-12改变固液界面润湿能力增强;而使亲油固液界面的润湿能力减弱.在Na+或Ca2+存在下,GS12-2-12溶液在亲油云母表面接触角均随pH值的增加而减小;而在亲水云母表面接触角随着pH值的增加而增加.图16表2参18     

季铵盐型Gemini 表面活性剂水溶液的表面和油-水界面特性

 用 DCAT-21型表面张力及接触角仪测定了不同结构的季铵盐型 Gemini 表面活性剂 C_n-s-C_n·2Br 溶液的表面张力和界面张力变化,为选择一种较好的表面活性剂作为驱油剂提供基础。结果表明,烷基链长n 均为12时,随联接基团数s 的增加,季铵盐型 Gemini 表面活性剂降低表面和界面张力能力减小。s 相同时,随着烷基链长n 增加,Gemini 表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）减小。加入无机盐可以进一步降低 Gemini 表面活性剂的 CMC 值。季铵盐型 Gemini 表面活性剂的 CMC 值较类似结构的单链单头普通表面活性剂的 CMC 值低,且达到最低界面张力时的浓度比单链单头普通表面活性剂低2个数量级。Gemini表面活性剂的高表面活性主要由其特殊的分子结构所决定。     

新型三联季铵盐阳离子表面活性剂的合成与性能

以异丙醇为溶剂,柠檬酸、十二烷基二甲基叔胺和环氧氯丙烷为原料合成了柠檬酸三酯三联季铵盐阳离子表面活性剂(CTTTA)。在反应温度85℃,反应时间12 h 条件下,产物的收率大于90%,纯度97.58%,Krafft 点<0℃。用表面张力法、稳态荧光探针法和电导法在25℃测定的产物临界胶束浓度(cmc)值分别为3.3×10~(-4),3.4×10~(-4)和3.5×10~(-4)mol/L。CTTTA 与传统阳离子表面活性剂相比,有较高的表面活性。     

一种季铵盐型双子表面活性剂的合成

以N,N-二甲基乙醇胺和溴代烷为原料,在一定溶剂中进行季铵化反应后,再与2,4-甲苯二异氰酸酯（TDI）进行加成反应,合成了一种季铵盐型双子表面活性剂甲苯-2,4-二氨基甲酸（N-二甲基烷基胺基乙酯）。研究了溴代烷烷基长度、溶剂类型、反应时间、反应温度等因素对产物表面张力和收率的影响,并考察了其与十二烷基磺酸钠的复配性能。确定了最佳合成工艺条件：使用丙酮溶剂,选用溴代十四烷,第二步加成反应时间7h、反应温度40℃。在此条件下,产物具有较高的表面活性和收率,复配性能和稳定性优良。     

高温高盐油藏中季铵盐双子表面活性剂的性能评价

考察了季铵盐双子表面活性剂在高温高盐油藏中各影响因素对油水界面张力的影响,并对其临界胶束浓度、静态吸附性能、热稳定性能进行了评价。结果表明,季铵盐双子表面活性剂具有较低的临界胶束浓度;在高温高盐油藏条件下具有很好的油藏适用性;在油藏温度50～80℃时,矿化度7 000～22 000 mg/L时,具有较好的界面活性,其抗二价离子、抗静态吸附、热稳定性能均达到油藏应用的要求     

可聚合双季铵盐阳离子表面活性剂

以甲基丙烯酰氯、11-溴代十一醇、4-[2-(N,N-二甲基胺乙基)]吗啉和溴甲烷为原料,合成了新型可聚合的单季铵盐阳离子表面活性剂甲基丙烯酸酯基单季铵盐(PMQ),并经过季铵化得到了相应的双季铵盐头基的阳离子表面活性剂可聚合的甲基丙烯酸酯基双季铵盐(PDQ)。通过元素分析和核磁共振氢谱证实了产物的结构,同时采用表面张力测定与电导率测定两种方法测定了PDQ在不同温度下的临界胶束浓度和表面张力。实验结果表明,通过酰氯化、两次季铵化3步有机反应成功地合成了PDQ;25℃下纯水中PDQ的临界胶束浓度为3.24×10-2mol/L,对应的表面张力为40.95mN/m,表明PDQ具有较高的表面活性。     

氮杂环季铵盐型阳离子表面活性剂的结构鉴定

用质谱法、核磁共振波谱法、红外光谱法等，确定了未知氮杂环季铵盐型阳离子表面活性剂的结构。     

新型双(二乙基十二烷)乙撑双季铵盐Gemini表面活性剂的合成

以二乙胺、二氯乙烷和溴代十二烷为原料,根据胺的烷基化原理,通过两步法合成了双（二乙基十二烷）乙撑双季铵盐Gemini表面活性剂。对合成产物进行了红外光谱分析,其结构与预期结构相符。测定了其水溶液的表面张力及临界胶束浓度,结果表明其具有较高的表面活性。     

显色反应法检测双子季铵盐缓蚀剂残余浓度

利用显色反应法检测油田用双子季铵盐缓蚀剂的残余浓度,以百里香酚蓝为显色剂,经过反复实验确定了最佳显色剂用量为0.4%、NH₄Cl-NH₃缓冲溶液用量为10 mL、显色时间为60 min,得到甲硝唑改性不对称双子季铵盐（季铵盐-01）吸光度与浓度标准曲线用于测定缓蚀剂浓度。同时,还研究了干扰离子、聚丙烯酰胺、含油量对检测结果的影响。该测试方法可靠准确性高,其平均加标回收率达到98.6%,可在油田现场进行推广。当Ca²⁺<4000 mg/L,Mg²⁺<1800 mg/L,Fe³⁺<1.5 mg/L时,该检测方法的误差<5%。当PAM（相对分子质量50万）浓度小于200 mg/L时,吸光度与缓蚀剂浓度仍能呈线性关系。污水中原油对检测结果的影响较大。     

新型缓蚀杀菌剂双季铵盐在油田中的应用

从双季铵盐的结构、合成以及由其特殊结构所带来的奇特界面吸附(气/液、固/液界面吸附)特性和化学性质,阐述了新型缓蚀杀菌剂双季铵盐的缓蚀、杀菌机理和作为油田注水缓蚀杀菌剂的研究现状,同时论述了其在油田其它领域(如:驱油,含油污水浮选等)中的应用前景。     

寡聚度对低聚阳离子季铵盐表面活性剂的聚集行为、油-水界面性能及润湿性的影响

合成了联接基团含有酰胺键及羟基的Gemini阳离子季铵盐表面活性剂Malic 2C12及三聚阳离子季铵盐表面活性剂Citric 3C12,并通过表面张力、电导及动态光散射技术（DLS）,研究了Malic 2C12及Citric 3C12的聚集行为。结果表明,随着寡聚度由1（十二烷基三甲基溴化铵,DTAB）增大到2（Malic 2C12）再到3（Citric 3C12）,表面活性剂的表面活性提高,临界聚集浓度（CAC）有了数量级的降低,聚集能力大大提高。当浓度高于CAC时,疏水尾链之间的疏水相互作用以及联接基团之间的氢键相互作用促使Malic 2C12聚集形成球形胶束。而3个季铵盐头基间的静电排斥及联接基团的刚性使Citric 3C12以爪状构象存在,聚集形成大聚集体。同时,随寡聚度增大,DTAB、Malic 2C12和Citric 3C12降低油 水界面张力及润湿石蜡表面所需的浓度有数量级的降低。而且,由于爪状构象的Citric 3C12分子之间在大聚集体中相互作用很强,解聚集成单体的过程慢,使得其对石蜡表面的润湿具有时间响应性。     

季铵盐型粘土稳定剂的制备与性能评价

以环氧氯丙烷和二甲胺为单体,合成了季铵盐型阳离子粘土稳定剂环氧氯丙烷／二甲胺共聚物,确定了最佳合成条件,并对其性能进行了评价。结果表明,1．O％此粘土稳定剂与1．0％KCl复配,经3次水洗后,其膨胀率仅16．0％,岩屑滚动实验表明,第二次滚动回收率仍达41．50％,粘土稳定剂环氧氯丙烷／二甲胺共聚物具有较强的耐水洗性能和抑制性能。