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两性表面活性剂烷基酰胺羟基磺基甜菜碱的合成及性能研究

作　者: 张腾
导　师: 徐宝财
学　校: 北京工商大学
专　业: 应用化学
关键词: 甜菜碱型表面活性剂合成界面张力泡沫性能
分类号: TQ423.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

甜菜碱型表面活性剂是典型的一类两性表面活性剂,具有独特的性质。但由于技术价格等原因,目前甜菜碱型表面活性剂在品种和质量上均不能满足相关领域要求,因而其合成及工业应用研究越来越受到关注。甜菜碱型表面活性剂用于三次采油中的文献报道很少,考虑到该类表面活性剂具有良好的起泡性和泡沫稳定性特点,有可能适合泡沫驱油用表面活性剂。合成了系列烷基酰胺羟基磺基甜菜碱,探讨了合成工艺、表面张力、原油/水界面性能以及泡沫性能,为该类表面活性剂在三次采油中的应用进行初步的探索。以不同碳链长度的脂肪酸和N,N-二甲基丙二胺为原料,经过酰胺化缩合反应,制备了四种叔胺中间体:十二酰胺丙基二甲基胺(DAPDA)、十四酰胺丙基二甲基胺(TAPDA)、十六酰胺丙基二甲基胺(HAPDA)以及十八酰胺丙基二甲基胺(OAPDA)。以脂肪酸转化率为考察指标,重点讨论了反应温度、反应时间对合成反应的的影响。结果表明:反应温度150℃,反应时间7h,脂肪酸转化率均在94%以上。其次,以上述四种叔胺中间体和3-氯-2-羟基丙磺酸钠(实验室自制)为原料,经过季铵化反应,制得了四种甜菜碱型表面活性剂:十二酰胺羟基磺基甜菜碱(DAHSB)、十四酰胺羟基磺基甜菜碱(TAHSB)、十六酰胺羟基磺基甜菜碱(HAHSB)以及十八酰胺羟基磺基甜菜碱(OAHSB)。以HAHSB的合成为例,通过正交试验确定了较佳合成条件,结果表明:用水作溶剂时,较佳合成条件是,反应温度85℃,反应时间6h,叔胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的摩尔比为1:1.1,物料百分比30wt%,收率达83.6%;用异丙醇/水作混合溶剂时,较佳合成条件是,反应温度80℃,反应时间6h,叔胺与3-氯-2-羟基丙磺酸钠的摩尔比为1:1.1,异丙醇与水的体积比为1:2,收率达88.9%。用红外光谱、紫外光谱、核磁共振、质谱等方法对产品结构进行表征。针对大庆油田条件,研究了上述四种甜菜碱表面活性剂的表面张力、临界胶束浓度。探讨了四种甜菜碱表面活性剂与油/水界面张力最小值及动态值的浓度、碱度特性。对四种甜菜碱表面活性剂体系界面张力稳定性进行了测试。考察了四种甜菜碱表面活性剂体系的泡沫性能。界面张力性能测试表明,存在最佳表面活性剂浓度(0.1wt%)和碱浓度(0.5wt%),此条件下各表面活性剂体系与油/水界面张力最小值均能达到10-3mN/m数量级。泡沫性能测试表明,表面活性剂浓度为0.3wt%时,泡沫性能达到最佳状态,如DAHSB体系泡沫综合指数达到117117。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-22
  1.1 两性表面活性剂  10-12
    1.1.1 两性表面活性剂的定义  10-11
    1.1.2 两性表面活性剂的分类  11
    1.1.3 两性表面活性剂的特性  11-12
    1.1.4 两性表面活性剂发展概况  12
  1.2 甜菜碱型两性表面活性剂  12-19
    1.2.1 甜菜碱型两性表面活性剂概述  12-13
    1.2.2 磺酸基甜菜碱表面活性剂的合成  13-15
    1.2.3 甜菜碱型两性表面活性剂的性能  15-16
    1.2.4 甜菜碱型两性表面活性剂的应用  16-19
  1.3 甜菜碱型两性表面活性剂发展概况  19
  1.4 选题依据及研究内容  19-22
    1.4.1 选题依据  19-20
    1.4.2 研究内容  20-22
第二章实验部分  22-67
  2.1 实验材料  22-23
    2.1.1 实验试剂及药品  22
    2.1.2 实验仪器及设备  22-23
  2.2 3-氯-2-羟基丙磺酸钠的合成  23-24
    2.2.1 实验步骤  23
    2.2.2 谱图分析  23-24
  2.3 烷基酰胺丙基二甲基胺的合成路线  24
  2.4 十二酰胺丙基二甲基胺的合成  24-30
    2.4.1 试验方案  24-25
    2.4.2 实验步骤  25
    2.4.3 十二酸含量的测定  25-26
    2.4.4 结果与讨论  26-27
    2.4.5 谱图分析  27-30
  2.5 十四酰胺丙基二甲基胺的合成  30-35
    2.5.1 试验方案  30-31
    2.5.2 实验步骤  31
    2.5.3 十四酸含量的测定  31
    2.5.4 结果与讨论  31-32
    2.5.5 谱图分析  32-35
  2.6 十六酰胺丙基二甲基胺的合成  35-40
    2.6.1 试验方案  35-36
    2.6.2 实验步骤  36
    2.6.3 十六酸含量的测定  36
    2.6.4 结果与讨论  36-37
    2.6.5 谱图分析  37-40
  2.7 十八酰胺丙基二甲基胺的合成  40-45
    2.7.1 试验方案  40
    2.7.2 实验步骤  40-41
    2.7.3 十八酸含量的测定  41
    2.7.4 结果与讨论  41-42
    2.7.5 谱图分析  42-45
  2.8 十六酰胺羟基磺基甜菜碱的合成  45-53
    2.8.1 试验方案  45
    2.8.2 实验步骤  45-46
    2.8.3 产物定性分析  46-47
    2.8.4 产物定量分析  47-48
    2.8.5 结果与讨论  48-51
    2.8.6 谱图分析  51-53
  2.9 十二酰胺羟基磺基甜菜碱的合成  53-57
    2.9.1 试验方案  53-54
    2.9.2 实验步骤  54
    2.9.3 产物定性分析  54
    2.9.4 产物定量分析  54
    2.9.5 结果与讨论  54-55
    2.9.6 谱图分析  55-57
  2.10 十四酰胺羟基磺基甜菜碱的合成  57-61
    2.10.1 试验方案  57-58
    2.10.2 实验步骤  58
    2.10.3 产物定性分析  58
    2.10.4 产物定量分析  58
    2.10.5 结果与讨论  58-59
    2.10.6 谱图分析  59-61
  2.11 十八酰胺羟基磺基甜菜碱的合成  61-65
    2.11.1 试验方案  61-62
    2.11.2 实验步骤  62
    2.11.3 产物定性分析  62
    2.11.4 产物定量分析  62
    2.11.5 结果与讨论  62-63
    2.11.6 谱图分析  63-65
  2.12 小结  65-67
第三章性能评价  67-96
  3.1 表面张力性能的测定  67-69
    3.1.1 实验方法  67
    3.1.2 实验原理  67
    3.1.3 实验步骤  67-68
    3.1.4 结果与讨论  68-69
  3.2 界面张力性能的测定  69-84
    3.2.1 实验方法  69-70
    3.2.2 实验原理  70
    3.2.3 实验步骤  70-71
    3.2.4 实验条件  71
    3.2.5 试验方案  71
    3.2.6 碱浓度对界面张力最小值的影响  71-75
    3.2.7 表面活性剂浓度对界面张力最小值的影响  75-78
    3.2.8 碱浓度对动态界面张力的影响  78-81
    3.2.9 界面张力稳定性能评价  81-84
  3.3 泡沫性能的测定  84-94
    3.3.1 实验方法  84
    3.3.2 实验原理  84
    3.3.3 实验步骤  84
    3.3.4 实验条件  84-85
    3.3.5 试验方案  85
    3.3.6 十二酰胺羟基磺基甜菜碱泡沫性能的测定  85-88
    3.3.7 十四酰胺羟基磺基甜菜碱泡沫性能的测定  88-91
    3.3.8 十六酰胺羟基磺基甜菜碱泡沫性能的测定  91-94
  3.4 小结  94-96
第四章结论  96-98
参考文献  98-100
发表文章  100-101
致谢  101

两性表面活性剂烷基酰胺羟基磺基甜菜碱的合成及性能研究

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