陰—非離子型表面活性劑的研究進(jìn)展

胡冬慧+陳佳明+艾林+李楊+韓凱悅

摘 要：陰-非離子型表面活性劑是一類新型表面活性劑，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于其是由兩種親水基團(tuán)構(gòu)成，具有非離子型、陰離子型表面活性劑的雙重表面化學(xué)性能?？偨Y(jié)近年來針對陰-非離子型表面活性劑的研究內(nèi)容，為進(jìn)一步的研究提供前期基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：陰-非離子型；表面活性劑；應(yīng)用研究

中圖分類號：O647.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0023-02

鑒于社會應(yīng)用的日益廣泛，表面活性劑的種類也在不斷增加，其中陰-非離子型表面活性劑因?yàn)槠鋼碛袃?yōu)異的表面性能從而吸引了大量研究者們的目光。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陰-非離子型表面活性劑大致可劃分為兩種：陰-非離子型（單鏈）表面活性劑和陰-非離子型Gemini（雙鏈）表面活性劑。按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的陰離子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，可分為硫酸鹽類、羧酸鹽類、磺酸鹽類等。陰-非離子型表面活性劑在高溫、高鹽的環(huán)境下仍保持優(yōu)良的性能而外界條件影響較小，對于提高能源石油三次開采的采油率起著重要的作用。近年來，陰-非離子型表面活性劑的種類研究日益廣泛。

1 陰-非離子型（單鏈）表面活性劑

1.1 硫酸鹽類

硫酸鹽類表面活性劑是由聚氧乙烯脂肪醇醚與硫酸通過酯化反應(yīng)與中和反應(yīng)生成的。通過硫化反應(yīng)后，將陰離子官能團(tuán)引入非離子表面活性劑中，可以提升表面活性劑的表面活性。張彬等[1]合成了二聚壬基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉（GNPES），采用穩(wěn)態(tài)熒光探針法測定了GNPES的臨界膠束濃度（CMC值）和膠束聚集數(shù)。與非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚（NPES）相比，由于結(jié)構(gòu)中含有離子結(jié)構(gòu)，GNPES的CMC值降低了近一個(gè)數(shù)量級，從而具有更好的表面活性。

游慧等[2]選取十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）和十二烷基硫酸鈉（SDS），通過介觀動力學(xué)模擬方法研究了二者性質(zhì)差異和二者的相互作用。實(shí)驗(yàn)說明了氧乙烯基團(tuán)的導(dǎo)入增強(qiáng)了AES的親水性，CMC值增大，聚集數(shù)減小。通過考察AES/苯和AES/正辛醇體系的密度切片圖可知，實(shí)驗(yàn)選用的油污的分子構(gòu)型的不同，AES具有不同的增溶方式。

代士郁[3]配制了不同礦化度的水溶液，考察了陰-非離子型表面活性劑SH對原油的乳化性能的差別。溫度在85℃、礦化度為27.7×104mg/L時(shí)，與原油能快速乳化-破乳；在SH濃度在1000mg/L～10000mg/L范圍內(nèi)，乳狀液的類型開始由水包油向油包水型轉(zhuǎn)變，最終全轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶?；SH形成的乳狀液粒徑大，有一定的封堵高滲層調(diào)剖作用，在高溫高鹽油藏有較好的適用性。

1.2 羧酸鹽類

張恒和魏秋紅[4]運(yùn)用密度泛函理論（DFT）的B3LYP方法，對正辛醇聚氧乙烯醚羧酸鹽的幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定穩(wěn)定的分子構(gòu)型。并采用Material Studio軟件對分子結(jié)構(gòu)中的組成進(jìn)行了理論計(jì)算。計(jì)算了該分子的HOMO和LUMO，確定了在表面活性劑分子結(jié)構(gòu)上，其他離子與表面活性劑相互作用的位置。通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)兩者間的相互融合，更好地探究了陽離子與其的相互作用，具有十分重要的價(jià)值。

祝仰文等[5]運(yùn)用氣流法探究了十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸鈉（C12E3C）水溶液的起泡能力和添加劑對其泡沫性能的影響。當(dāng)C12E3C濃度達(dá)到CMC值時(shí)，起泡能力達(dá)到最好。添加劑包括電解質(zhì)和聚合物等，電解質(zhì)的加入明顯降低了C12E3C的泡沫穩(wěn)定性，起泡能力則是先增強(qiáng)后減弱。由于聚合物具有高黏度，當(dāng)加入聚合物Mo-4000時(shí)，溶液排泡半衰期延長，泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)。

1.3 磺酸鹽類

李雪[6]通過醚化合成了脂肪醇（烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸鹽。該表面活性劑具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，具有高溫水解性能。聚氧乙烯鏈聚合度也是表面活性劑性能的重要影響因素。當(dāng)聚氧乙烯鏈聚合度增大時(shí)，溶解性增強(qiáng)，表面張力增大（表面活性降低），未經(jīng)純化的產(chǎn)品濁點(diǎn)增高，而對臨界膠束濃度無影響。

王彤等[7]探究了磺酸鹽陰-非離子型表面活性劑的乳化性能、抗溫耐鹽性以及表面張力等性能。實(shí)驗(yàn)證明表現(xiàn)在表面張力低，臨界膠束濃度小，乳化效果好，耐溫、耐鹽性能強(qiáng)。在當(dāng)今的采油環(huán)境中其充分發(fā)揮了它的表面性能。Liu[8]等也合成一類磺酸鹽類陰-非離子型表面活性劑，經(jīng)研究也得出了相同的結(jié)論，因其分子中的硫原子直接與碳原子相連，從而具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性。

2 陰-非離子型Gemini（雙鏈）表面活性劑

2.1 磺酸鹽Gemini表面活性劑

劉新亮等[9]以馬來酸酐、AEO-3、乙二醇和亞硫酸氫鈉為原料合成了陰-非離子型Gemini表面活性劑（EGEOS-3），并且通過Waring Blender法對EGEOS-3的泡沫性能進(jìn)一步探究。與LAS、SDS和AOS相比，起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均略低于LAS和SDS，高于AOS。在較低的濃度范圍內(nèi)和在無機(jī)鹽的存在下，EGEOS-3都具有較好的起泡能力，但無機(jī)鹽存在時(shí)，泡沫穩(wěn)定性則較差。

欒和鑫[10]同樣采用馬來酸酐、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-n，n=3、5、7）和有機(jī)醇為原料合成了系列陰-非離子型Gemini表面活性劑（9種），測定了其泡沫性能。加入無機(jī)鹽后，隨著鹽濃度的增加，起泡性能出現(xiàn)了最佳值，確定了最佳鹽濃度，NaCl最佳濃度為2%，CaCl2最佳濃度為1g/L，半衰期也呈現(xiàn)了相同的變化趨勢。起泡性能的最佳溫度為50℃，不同種類的醇所對應(yīng)的最佳濃度不同，乙醇為4mL/100mL，異丙醇為3mL/100mL，正丁醇為 1mL/100mL。

陳紅等[11]在微波條件下合成探究了乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸鈉。對其針對廢舊報(bào)紙的脫墨效果進(jìn)行了研究，確定了最佳脫墨條件。乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸鈉的脫墨漿得率為85.5%，高于AES、Tween60、OP-10等。

2.2 羧酸鹽Gemini表面活性劑endprint

王俊等[12]合成出兩種飽和腰果酚Gemini聚氧乙烯醚羧酸鈉（GSCPEC-n，n=8，10）。采用滴體積法考察了GSCPEC-n的性能，由于GSCPEC-n（n=8，10）中EO基團(tuán)增加，水溶液中GSCPEC-n的CMC值較單鏈的低，吸附量增加，易于膠團(tuán)的形成。

沈之芹[13]合成了一系列羧酸鹽類陰-非離子型Gemini表面活性劑，對它的性能進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。測定了系列表面活性劑的表面活性，表現(xiàn)出了Gemini表面活性劑的CMC值較單鏈表面活性劑低近2～3個(gè)數(shù)量級。在高礦化度、高鈣鎂條件下，其油水體系的界面張力可降低到10-3～10-4mN/m，具有優(yōu)良的耐溫抗鹽性能表面活性，2000mg/L的表面活性劑與1500mg/L聚合物配伍后，其界面張力仍可保持在10-3mN/m，配伍性能良好，具有三次采用先導(dǎo)試驗(yàn)應(yīng)用的前景。

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