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双尾链型表面活性剂分子在驱油过程中具有优异界面性能的微观机理解析

已有 465 次阅读 2021-9-27 11:00 |个人分类:EOR|系统分类:论文交流

表面活性剂在化学驱技术提高采收率中起着十分关键的作用。因为表面活性剂是具有两亲性质的分子,包括有带电荷的亲水头基与碳氢链组成的疏水尾链,既可以有效吸附在不相溶两相液体界面(例如油水界面)改变界面张力(IFT),也可以吸附在固液界面改变固体(例如孔隙介质)表面润湿性。当表活剂分子吸附在油水界面处时,其亲水头基可以通过氢键跟水分子相互作用,碳氢尾链可以通过分子间范德华力与油气组分相互作用,达到减少油水之间IFT,增大毛细管系数从而提高采收率的效果。

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中国石油大学(北京)和日本东京大学的研究人员通过分子模拟技术研究了工业实践中常用表活剂内烯烃磺酸盐(IOS,具有双尾链结构)和α烯烃磺酸盐(AOS,具有单长链结构)在癸烷与水界面处的吸附行为。结果表明,在较高界面浓度的条件下,IOS可以显著地降低IFT,形成更加稳定的界面膜。IOS较短支链起到空间位阻效应,可以抑制IOS分子之间的聚并行为,使表活剂分子在界面处的覆盖面积更广,产生的空隙更少,有效阻止了癸烷与水分子之间的接触。同时,该空间位阻效应使不同IOS分子头基之间的距离相较于不同AOS分子头基之间的距离会更大,有利于水分子与表活剂亲水头基之间的相互作用,产生更多的氢键,增强了表活剂(IOS)与水分子的相互作用。基于序参数分析结果表明,AOS分子尾链中段与IOS分子较长支链主要参与了表活剂和癸烷分子的相互作用。烷基有效长度的计算结果表明,IOS的双尾链结构能够与癸烷分子更好地互溶,因此IOS与癸烷的相互作用能力也更强。

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该研究从微观尺度揭示了具有双尾链型分子结构的表活剂比单长链型分子结构表活剂具有更好界面性能的原因,该成果对于驱油剂设计合成,以及体系配方的优化与筛选具有重要的指导意义,详细内容请参阅原文。


参考文献:

Jia J., Li J., Liang Y., Peng B. Molecular Dynamics Study on Performance of Olefin Sulfonate at the Decane-Water Interface: Effect of Molecular Architecutre. Fuel 2022, 308, 122013. DOI:10.1016/j.fuel.2021.122013.

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122013             (永久有效)
https://authors.elsevier.com/a/1doW43iH4ET8F(2021年11月13日前免费下载)

转载:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMTE4NjI3Ng==&mid=2247483673&idx=1&sn=04a00df09900ee17375816389c9a8db3&chksm=96f08f92a1870684a3bd8fa5af880a81934b645ac8115f19b7e0f03521ebef3fe8cbf24a4ea8#rd




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