1實驗部分

1.1材料

陰離子表面活性劑內(nèi)烯烴磺酸鹽A?18、I?20由中國科學院理化技術(shù)研究所提供，純度均大于95%，質(zhì)量分數(shù)均為0.3%。其中，A?18的疏水烷基鏈呈近直鏈結(jié)構(gòu)，I?20的疏水基團則具有較高的支鏈化程度，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1內(nèi)烯烴磺酸鹽的結(jié)構(gòu)式

二次蒸餾水，實驗室自制，電阻率大于18.2MΩ?cm；CaCl2（分析純）、NaCl（分析純）、正構(gòu)烷烴（純度>99%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；原油樣品取自我國勝利油田，油藏溫度為85℃。

1.2設(shè)備與測試方法

采用旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀（Texas?500C型，北京盛維科技有限公司）測定動態(tài)油水界面張力。實驗以2μL正構(gòu)烷烴或原油為內(nèi)相，注入至充滿表面活性劑溶液的石英玻璃管中；為了減小初始油滴尺寸差異帶來的實驗誤差，油水體積比固定為1∶200。設(shè)定儀器轉(zhuǎn)速為5000r/min，測試溫度為（85±1）℃。當油滴長度和寬度均保持恒定時，即可認為油水界面吸附達到動態(tài)平衡。采用滴外形法測定界面張力，當界面張力小于1mN/m時，測量誤差控制在小于±5%。

采用瓶試法對內(nèi)烯烴磺酸鹽的抗鹽性能進行表征。將樣品置于烘箱中，在85℃的條件下恒溫靜置30min，取出后觀察溶液的溶解性，當瓶底有明顯的不溶性小顆粒析出時，認為表面活性劑失效。

考察離子強度對內(nèi)烯烴磺酸鹽的影響時，以二次蒸餾水為溶劑，通過逐漸增加Na+質(zhì)量分數(shù)配制系列內(nèi)烯烴磺酸鹽溶液，觀察其溶解性，并測定界面張力；考察Ca2+對內(nèi)烯烴磺酸鹽的影響時，固定水相總礦化度為6%（NaCl的質(zhì)量分數(shù)為6%），在NaCl溶液中逐漸增加Ca2+質(zhì)量分數(shù)，記錄其溶解性并測定其界面張力。

2結(jié)果與討論

2.1Na+的影響

2.1.1抗鹽性表征

采用瓶試法對支鏈化程度不同的兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽的抗鹽性進行了表征，結(jié)果如圖2所示。圖2中，紅色數(shù)字代表蒸餾水中NaCl的質(zhì)量分數(shù)。

圖2內(nèi)烯烴磺酸鹽Na+的抗鹽性表征

由圖2可知，經(jīng)充分加熱后，A?18呈澄清透明狀態(tài)，無沉淀析出；I?20在NaCl的質(zhì)量分數(shù)為8%時有微量沉淀。總體而言，兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽均表現(xiàn)出較好的抗鹽性。

2.1.2親水?親油平衡

當表面活性劑分子的親水基團與疏水尾鏈在油水兩相中所受作用力相近，即表面活性劑的親水?親油達到平衡時，表面活性劑分子更易自發(fā)地向油水界面富集，從而有效降低界面張力。S.ZHAO等對不同碳鏈長度的正構(gòu)烷烴與表面活性劑溶液體系界面張力進行了測定。結(jié)果表明，界面張力會在某一特定碳鏈長度的正構(gòu)烷烴中達到最小值，此時對應(yīng)的烷烴碳數(shù)（ACN）即為該表面活性劑界面張力最低時的等效烷烴碳數(shù)（n），等效烷烴碳數(shù)越小，說明表面活性劑的水溶性越強。

對支鏈化程度不同的兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽進行了親水?親油平衡表征，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，A?18與正構(gòu)烷烴間的界面張力普遍偏高，這是因為A?18的疏水烷基為直鏈結(jié)構(gòu)，而烷基鏈過長不利于其界面表面活性的提升；隨著烷基支鏈化程度的加深（由A?18過渡到I?20），內(nèi)烯烴磺酸鹽與低等效烷烴碳數(shù)(n=6、7、8)烷烴間的界面張力大幅降低，I?20表現(xiàn)出比A?18更優(yōu)的界面活性；A?18和I?20達到最低界面張力時對應(yīng)的等效烷烴碳數(shù)分別約為10和6，表明I?20的水溶性比較強。支鏈化結(jié)構(gòu)可縮短烷基鏈長，進而增加表面活性劑的水溶性，該結(jié)果與理論規(guī)律一致，同時也為A?18具有更優(yōu)的耐鹽性能提供了重要依據(jù)。

圖3內(nèi)烯烴磺酸鹽與系列正構(gòu)烷烴間的界面張力

2.1.3油水界面張力

研究表明，無機鹽可通過壓縮雙電層提高表面活性劑分子的界面吸附量，對降低油水界面張力具有顯著作用。在NaCl質(zhì)量分數(shù)不同的條件下，測量了兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽分別與正癸烷及勝利原油間的界面張力，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，兩種內(nèi)烯烴磺酸鹽與正癸烷的界面張力總體上均隨Na+質(zhì)量分數(shù)的升高而降低；A?18的界面張力穩(wěn)態(tài)值約為10-1mN/m數(shù)量級，I?20的界面張力穩(wěn)態(tài)值更低。

圖4內(nèi)烯烴磺酸鹽與正癸烷、勝利原油間的界面張力

在陰離子表面活性劑溶液中引入Na?，可削弱表面活性劑離子頭基間的靜電排斥作用，宏觀上表現(xiàn)為分子表觀截面積減小，在相同界面區(qū)域內(nèi)可容納更多的表面活性劑分子，即界面吸附量顯著提升；界面分子排布密度的增加，促使界面膜更加致密與穩(wěn)定，從而實現(xiàn)油水界面張力的降低。同時，Na+質(zhì)量分數(shù)對支鏈化內(nèi)烯烴磺酸鹽界面活性的影響較大，這是因為支鏈化結(jié)構(gòu)增大了表面活性劑在油水界面的吸附位阻，而無機鹽對雙電層的壓縮作用可同時降低靜電斥力和界面吸附位壘，從而使界面活性顯著增大。

表面活性劑降低油水界面張力的性能，一方面由表面活性劑分子結(jié)構(gòu)決定，另一方面受油相性質(zhì)的影響，尤其當油相為原油時，其所含天然活性物質(zhì)可與表面活性劑分子在界面產(chǎn)生協(xié)同/反協(xié)同作用，進而影響界面張力。對于勝利原油體系，隨著Na+質(zhì)量分數(shù)的增加，界面張力逐漸降低，整體呈現(xiàn)標準的“L”型。A?18在不同離子強度條件下的界面張力穩(wěn)態(tài)值始終低于以正癸烷為油相的體系，而I?20的界面張力受油相種類差異的影響則并不明顯。勝利原油屬于稠油，油相中的活性物質(zhì)主要集中在瀝青質(zhì)等大分子組分中。對于界面吸附膜比較松散、吸附空位較多的直鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽體系，原油中的活性組分可能是主導(dǎo)界面性能的主要因素；對于界面吸附膜相對緊密的支鏈內(nèi)烯烴磺酸鹽，原油中的活性組分既不會與表面活性劑分子發(fā)生混合吸附，也不會破壞原有的吸附膜結(jié)構(gòu)，因此界面張力變化不大。