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油/水界麵超低界麵張力體係設計及機製研究
來源:朱鵬飛 瀏覽 450 次 發布時間:2022-09-15
油/水界麵超低界麵張力是提高原油采收率中表麵活性劑配方篩選的一個重要依據,深入研究超低界麵張力體係產生規律及途徑具有重要意義.本文針對烷醇酰胺,石油磺酸鹽,生物表麵活性劑鼠李糖脂等在強化采油中具有重要應用前景的表麵活性劑,通過表麵活性劑複配,添加非極性分子烷烴及極性分子醇等手段提高體係的界麵活性,得到一係列具有超低界麵張力的體係,采用分子動力學MD,耗散顆粒動力學DPD等分子模擬方法與動態界麵張力,界麵流變等實驗手段相結合,從分子水平考察各體係油/水界麵層內各分子間的相互作用及界麵層組裝規律,為驅油過程中配方設計提供理論依據.
本文主要分為三個部分:第一部分主要采用界麵張力等實驗手段考查烷醇酰胺FFA單獨存在體係及不同提純程度工業品的界麵活性,將分子模擬與實驗相結合,考察不同組分在界麵層內的作用,研究結果表明烷醇酰胺中少量二乙醇胺,甲脂及單胺脂,雙胺脂等弱極性分子的存在對體係具有高界麵活性及油相適應性有重要影響.向FFA溶液中增溶烷烴,可使溶液聚集行為由囊泡變為溶脹膠束,增溶烷烴體係的界麵行為與所增溶烷烴碳鏈長度有關:當油相碳鏈長度大於增溶烷烴碳鏈長度時,增溶烷烴存在於界麵層內,降低了油相對體係界麵行為的影響,使得體係界麵張力值迅速降至一較低值,體係油/水界麵活性提高;當該油相碳鏈長度小於增溶烷烴碳鏈長度時,增溶烷烴存在於界麵層內油相一側,並由於其向油相的擴散將表麵活性劑及水帶入油相,在油/水界麵形成乳狀液層,體係油/水界麵張力值升高.第二部分采用界麵張力等實驗手段與耗散顆粒動力學DPD,分子動力學MD相結合,考察石油磺酸鹽及其模型物烷基苯磺酸鹽單獨存在,與非離子型表麵活性劑複配及複配體係中加入醇後體係的界麵活性.
實驗結果表明,通過向複配體係中加入己醇或辛醇,得到一係列在較短時間內將體係界麵張力值降至超低且具有較高油相適應性的體係.模擬結果表明,醇加入後界麵層內表麵活性劑尾鏈伸展性及有序性提高,界麵層厚度增大,界麵生成能降低,體係界麵活性增強.醇分子增溶於溶液形成溶脹膠束,並隨膠束擴散至界麵層,釋放出的表麵活性劑和醇分子組裝形成新的界麵層,由於避免了表麵活性劑尾鏈插入油相的過程,體係降低界麵張力的速度提高,同時由於界麵層內油相含量較少,其最低界麵張力值降低且對不同油相都具有高的界麵活性.第三部分采用耗散顆粒動力學考察不同結構生物表麵活性劑鼠李糖脂在油/水界麵行為差異及其與不同類型表麵活性劑複配體係的界麵行為,給出不同結構鼠李糖脂界麵行為特點及與常用表麵活性劑在油/水界麵的相互作用規律,為實際應用中鼠李糖脂生產菌種及配方設計提供理論依據.本論文采用分子模擬和實驗方法相結合的研究路線,考察油/水界麵層內烷醇酰胺,石油磺酸鹽及生物表麵活性劑鼠李糖脂的界麵行為及影響因素,通過向表麵活性劑溶液中添加非極性及弱極性有機物質作為助劑提高體係界麵活性及油相適應性,得到一係列在較短時間內快速降低體係油/水界麵張力的且具有油相適應性的超低界麵張力體係,為實際應用配方設計提供理論依據.
本論文的主要創新點:1.將不同尺度的分子模擬與實驗相結合,從分子水平考察油/水界麵表麵活性劑的界麵行為2.采用不同提純手段提純烷醇酰胺並考察其界麵活性,實驗結果與分子模擬結果相結合,確定體係中弱極性組分在提高體係油/水界麵活性方麵的作用,提出新的具有油相適應性的高界麵活性體係設計路線.3.向烷醇酰胺中增溶烷烴,向石油磺酸鹽中增溶醇,均得到具有較強界麵活性並能在較短時間內迅速降低油/水界麵張力的體係,通過體係界麵生成能的考察確定其在界麵層內的位置,並解釋其增效機理,提出超低界麵張力體係界麵層分子組裝規律,為驅油體係配方設計提供理論依據.4采用耗散顆粒動力學考察生物表麵活性劑鼠李糖脂及複配體係界麵活性,為實際應用中菌種選擇及配方設計提供理論依據.