季铵盐型双子表面活性剂的合成及其性能研究

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1、陛压料技大学论文题目：季铵盐型双子表面活性剂的合成及其性能研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：化学与化工学院硕士生：洪玉导师：沈一丁教授2014年5月TITLEPREPAR』▲TIoNANDPERFoRMANCEoFQUATERNARYAMMoNIUMGEMINISURI乙～CTANTAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineering

2、Science■_____一IIBy物Hong—Supervisor：Prof．YidingShenMay2014季铵盐型双子表面活性剂的合成及其性能研究摘要双子表面活性剂因其特殊的分子结构和优异的性能，被誉为新一代表面活性剂。与传统单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂拥有更低的cmc值和更高的界面活性，同时其水溶液具备特殊的流变性能，在提高原油采收率领域拥有广阔的应用前景。本课题根据Gemini表面活性剂的结构特点，设计合成了系列疏水碳链长度不同的季铵盐型双子表面活性剂。在无溶剂条件下，采用溴代十四烷、溴代十六烷和溴代十八烷分别与N，N，N

3、’，N’一四甲基乙二胺进行季铵化反应，合成了不同碳链长度的阳离子型双子表面活性剂—-N，Nt．双(十四烷基二甲基)．1，2．二溴化71--铵盐(GSl4—2．14)、N，Nt．双(十六烷基二甲基)．1，2．二溴化7,--铵盐(GSl6—2—16)禾HN，N’．双(十八烷基二甲基)一1，2．二溴化71-．铵盐(GSl8—2—18、)。采用红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(1HNMR)对产物进行结构检测。通过对红外光谱结果进行分析，证明了实验合成产物分子中存在季铵盐结构；核磁共振结果验证了产物中的双子结构；通过进行两种图谱的联合分析，最终证实了实验合成产

4、物为目标产物．季铵盐型双子表面活性剂。研究了产物随温度的变化引起的吸附和聚集行为。采用吊环法对产物的临界胶束浓度(cmc)进行测试，电导法测试结果印证了吊环法的测试结果。通过对表面张力测试数据进行热力学计算，发现产物中双子表面活性剂GSl4．2．14拥有更为优异的表面活性，能够在水／空气界面排列更为紧密。通过测试不同温度下质量浓度与电导率的关系，得到溶液胶束化的相关热力学参数，如反离子结合度D，并证明溶液的胶束化过程是主要依靠熵驱动、自发进行的放热行为。采用旋转液滴法对产物降低油／水界面张力的能力进行测试，发现产物具备优异的界面活性，能够将油／水界

5、面张力降低至10‘3mN．m’1，明显优于传统单链表面活性剂。研究了疏水碳链长度、温度、剪切速率、水杨酸钠(NaSal)、震荡角频率对季铵盐型双子表面活性剂流变行为的影响。结果表明：双子表面活性剂烷基链越长，其增黏能力也越强，温度升高、剪切时间延长均使体系黏度下降；根据Ostwald．deWaele方程对流体相关参数进行计算，发现双子表面活性剂均为非牛顿流体，且流体结构对体系黏度贡献明显；少量NaSal的加入对GSl6—2—16水溶液的黏度行为影响甚微，当NaSal浓度达到lg／L后溶液黏度急剧下降，然而5．29／L的NaSal使得十六烷基三甲基溴

6、化铵(C16TAB)水溶液黏度骤增，接近无盐时GSl6．2．16水溶液黏度的3倍。随着温度的升高，溶液的弹性模量GI和黏性模量G¨先降低后趋平，然而随着震荡角频率的增加，G’和G"先上升后趋直；震荡角频率超过50rad／s后，GSl4．2．14溶液的网状架构被破坏并无法恢复，不再具备弹性；通过对实验数据进行理论分析，发现由于剪切诱导作用，使得溶液的动态黏度rl’(∞)与低剪切速率下流体触变性的预测不符。关键词：双子表面活性剂，界面活性，流变行为，剪切稀释，Ostwald—deWaele幂律方程PREPAR』鲴rIoNANDPERFoRMANCEoF

7、QUATERNARYAMMoNIUMGEMINISURllACTANTABSTRACTDuetoitsspecialchemicals仃ucnlreandgoodperformance．geminisurfactantisreferredtoasanewgenerationofsurfactant．Comparedwiththecorrespondingtraditionalsinglesurfactant，geminisurfactanthaslowercriticalmicelleconcentration(cmc)valueandhigher

8、interfacialactivity．Inaddition，thegeminisurfactantaqueoussolu