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氫氧化鈉用量對重烷基苯磺酸鈉水溶液/油體系界面張力的影響（一）

來源：日用化學(xué)工業(yè) 瀏覽 919 次 發(fā)布時間:2026-01-29

摘要：


以不含酸的正壬烷作為油相，研究了氫氧化鈉用量對重烷基苯磺酸鈉水溶液/油體系界面張力的影響。界面張力測試結(jié)果表明，界面張力隨氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，當(dāng)重烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%且氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時，油/水界面張力可以達(dá)到超低（10-3 mN·m-1數(shù)量級）。利用動態(tài)光散射實(shí)驗(yàn)，研究了氫氧化鈉對降低界面張力的影響，氫氧化鈉的加入可以使水溶性較差的重烷基苯磺酸轉(zhuǎn)化成重烷基苯磺酸根，并且從混合膠束中釋放出來，更多的表面活性劑單體遷移到界面，有利于界面張力的進(jìn)一步降低。


三元復(fù)合驅(qū)油體系，由于表面活性劑的加入使得體系界面張力達(dá)到超低，復(fù)合體系也只有形成超低界面張力才能更好地提高驅(qū)油效率。國內(nèi)外研究人員在研究表面活性劑體系與原油之間的界面張力方面做了大量工作。油/水間的界面張力與表面活性劑的相對分子質(zhì)量、電解質(zhì)及堿等因素有關(guān)，有關(guān)無機(jī)鹽對油/水界面張力的影響也有一些相關(guān)報(bào)道，如含表面活性劑的體系中，調(diào)節(jié)無機(jī)鹽濃度可使油/水界面層間形成中相微乳，從而使界面張力達(dá)到超低。


目前，油田上普遍應(yīng)用的表面活性劑大都需要在強(qiáng)堿性條件下才能形成超低界面張力，但復(fù)合體系中堿的存在會給油田生產(chǎn)帶來一系列不利因素，如堿的存在能使注入泵結(jié)垢從而影響現(xiàn)場復(fù)合體系的注入，堿還會和地層中的一些巖石礦物發(fā)生反應(yīng)，造成對地層的永久傷害。因此，研究堿對超低界面張力形成的影響機(jī)理對充分認(rèn)識現(xiàn)有三元復(fù)合驅(qū)油體系的界面性能具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。


堿對超低界面張力形成的影響機(jī)理，主要是圍繞堿與原油中酸性活性物質(zhì)的反應(yīng)、堿的濃度、堿的類型及堿的離子作用展開研究工作。關(guān)于堿對原油/水界面張力的影響，目前比較認(rèn)同的觀點(diǎn)是堿可以與原油中的酸性物質(zhì)反應(yīng)生成一種皂類（相當(dāng)于一種表面活性劑），輔助溶液中原有的表面活性劑降低界面張力，進(jìn)而使界面張力達(dá)到超低。此外，堿還可以與表面活性劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，可使油/水界面張力降到超低狀態(tài)。


目前，國內(nèi)關(guān)于堿對重烷基苯磺酸鈉降低界面張力的機(jī)理研究較少，并且由于重烷基苯磺酸鈉是一種較復(fù)雜的混合物，與單一表面活性劑的機(jī)理研究相比更為困難。因此，筆者以氫氧化鈉-重烷基苯磺酸鈉體系作為研究目標(biāo)，對其降低界面張力的行為進(jìn)行探討，以期為重烷基苯磺酸鈉在油田現(xiàn)場的應(yīng)用起到一定的理論支持。


1 實(shí)驗(yàn)部分


1.1 主要試劑與儀器


原油，大慶油田采油二廠；重烷基苯磺酸鈉（HABS），w=50%，大慶東昊公司；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質(zhì)量1750萬，水解度25.8%，大慶煉化公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。dIFT雙通道動態(tài)界面張力儀，芬蘭Kibron 公司；動態(tài)光散射儀，德國Binder公司；Dataphysics DCAT21動態(tài)接觸角/表界面張力測量儀，德國Dataphysics公司。


1.2 實(shí)驗(yàn)方法


1.2.1 界面張力測試


以去離子水配制HABS、HPAM與NaOH的三元復(fù)合體系，其中HABS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，用界面張力儀測試三元體系與大慶原油間的界面張力，測定溫度為（45.0±0.1）℃。


以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的HABS的水溶液配制不同含量的NaOH溶液，用界面張力儀測試其與油相正壬烷間的界面張力，測定溫度為（45.0±0.1）℃。


1.2.2 臨界膠束濃度的測定


用去離子水配制一系列不同質(zhì)量濃度（ρ）的HABS溶液，用表界面張力測量儀以吊片法測定表面張力（γ），測定溫度為（45.0±0.1）℃。以ρ對γ作圖，得到HABS水溶液的臨界膠束濃度（cmc）。


1.2.3 膠束粒徑測試


利用動態(tài)光散射技術(shù)考察堿對表面活性劑膠束大小的影響。將HABS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的系列溶液（NaOH含量不同）放入樣品池中，90°檢測角進(jìn)行測試。


2 結(jié)果與討論


2.1 NaOH和HPAM對大慶原油/水界面張力的影響


選用大慶原油作為油相，考察NaOH和HPAM用量（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）對三元復(fù)合體系與大慶原油之間油/水界面張力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。


表1 NaOH和HPAM用量對油/水界面張力（mN·m-1）的影響
ρ(HPAM)/(mg·L-1) w(NaOH)/%
0 0.3 0.6 0.8 1.0 1.2
0 5.82 4.14×10-1 1.05×10-1 4.17×10-2 3.63×10-3 5.85×10-3
600 3.58 7.88×10-1 2.43×10-1 5.38×10-3 5.45×10-3 7.39×10-3
800 2.19 5.34×10-1 7.25×10-2 6.23×10-3 5.08×10-3 3.17×10-3
1000 6.87 6.65×10-1 3.44×10-2 2.78×10-3 3.77×10-3 4.46×10-3
1200 2.68 6.06×10-1 5.27×10-2 5.45×10-3 2.24×10-3 4.79×10-3

由表1可知，在NaOH用量一定時，HPAM質(zhì)量濃度變化對界面張力的影響不大；當(dāng)HPAM質(zhì)量濃度一定時，隨著NaOH用量的增加，油/水界面張力逐漸下降，且在NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時，體系的界面張力達(dá)到超低（10-3 mN·m-1數(shù)量級），也就是說NaOH可使三元復(fù)合體系與大慶原油間的界面張力達(dá)到超低。據(jù)報(bào)道NaOH可與原油中的石油酸反應(yīng)生成助表面活性劑，輔助溶液中原有的表面活性劑降低界面張力，進(jìn)而使界面張力達(dá)到超低。為了排除原油中石油酸的影響，下面采用不含石油酸的正壬烷作為油相，考察NaOH對HABS水溶液/油體系界面張力的影響。


2.2 NaOH對正壬烷/水界面張力的影響


以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的HABS水溶液為水相，正壬烷為油相，考察NaOH用量對油/水界面張力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 NaOH用量對油/水界面張力的影響


由圖1可知，正壬烷/水的界面張力隨著NaOH用量的增加而逐漸降低，NaOH用量為0.8%時，界面張力達(dá)到超低值（10-3 mN·m-1）。實(shí)驗(yàn)中的油相正壬烷幾乎不含酸性組分，但隨著堿用量的增加，油/水界面張力逐漸降低，最后達(dá)到超低值，由此可以排除原油中的酸性組分與堿反應(yīng)生成自表面活性劑的可能。此外，實(shí)驗(yàn)中加入NaOH也相當(dāng)于加入了電解質(zhì)，可以壓縮表面活性劑離子擴(kuò)散雙電層的厚度，減少表面活性劑頭基之間的排斥作用，使其在油/水界面上排列得更加緊密，有利于界面張力的降低。