聚合物/表面活性剂混合体系对水包油乳液形成和稳定性的影响

摘要

水溶聚合物和离子型表面活性剂具有表面活性能够吸附在油-水界面，降低界面张力并且使其具有粘弹性质，导致界面膜不易破裂。我国大部分油田已经进入三次采油阶段，为了加强原油的采收率和稳定油井的产量，在钻井过程中注入了大量化学物质和碱、表面活性剂和水溶性聚合物溶液作为驱动液驱替原油。大规模的原油开采，产生了大量的液体废物，这种类型的液体废物被称为油田废水或采出水。各种溶解性的无机盐、有机化合物、油滴、悬浮的固体颗粒分散在含油废水中会形成稳定的水包油乳液。若原油开采过程中含油废水以水包油乳液的形式存在，会给后续污水处理带来很大困难，因为乳化剂或表面活性物质的存在有利于乳液的稳定。
　　第一，介绍了本文的研究背景和立题意义。研究水溶性聚合物/表面活性剂混合体系对油-水界面的影响，期待为油田采出水处理提供一些重要信息。综述了科研工作者们对聚合物/表面活性剂混合体系在空气-水表面和油-水界面性质的研究，并且介绍了纳米乳液的制备方法和纳米乳液制备的影响因素。
　　第二，主要研究了水溶性聚合物/离子型表面活性剂混合体系在油-水界面上的动态界面行为。在本研究中，采用正庚烷作油相，去离子水作水相，分别考察了相似电荷和相反电荷的聚合物/表面活性剂混合体系对油-水界面性质的影响。聚合物/表面活性剂混合体系分为弱相互作用体系和强相互作用体系。不同类型的聚合物/表面活性剂混合体系对油-水界面有不同的作用机制。同时，聚合物的分子量和浓度、表面活性剂的表面电荷和浓度、pH值和离子强度也很大程度上对聚合物/表面活性剂混合体系的界面行为产生影响。研究表明，聚丙烯酰胺(HPAM)具有一定的界面活性，并且小分子量HPAM的界面活性更高。强的键合作用存在于HPAM和阳离子表面活性剂(十二烷基三甲基溴化铵，DTAB)之间，HPAM有很强的趋势与DTAB形成更疏水和界面活性更高的复合物。这些复合物可以显著影响聚合物/表面活性剂混合体系在油-水界面的性质。聚合物/表面活性剂混合体系的吸附动力学不仅被体相和界面之间扩散速率控制，而且还被已经形成的吸附层的空间位阻和能垒所控制。此外，聚合物/表面活性剂混合体系的扩张粘弹性明显地被pH和离子强度所影响。随着无机盐的加入，HPAM/DTAB混合体系有着较高的扩张模量，超过了HPAM/阴离子表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠，SDBS）混合体系和没有无机盐的混合体系。由于“盐析”效应，无机盐的加入可能加强了HPAM和DTAB之间的作用，改善了HPAM/DTAB混合体系在油-水界面的吸附。
　　第三，对纳米乳液的制备和应用进行了研究。相转变组分(PIC)法是一种适合批量生产的低能乳化法，既不需特定设备也无需高能输入，成本低廉，操作简单。本研究使用固体石蜡和白油的混合物为油相;表面活性剂为Span80和Tween80复配体系。研究发现，油相的物理化学性质、乳化温度、表面活性剂配比和油剂比是影响制备纳米乳液的重要因素。固体石蜡在油相中比例增加，制得的乳液粒径变大。高温下制备乳液，体相粘度降低，有利于传质，且表面活性剂两亲性发生变化，更接近于亲水-亲油平衡，吸附效率更高，界面张力更低。当温度高于80℃时，乳液粒径不再随着温度升高而减小。改变表面活性剂之间的配比，能够使Span80和Tween80在混合吸附层中的含量发生变化，并且当Span80/Tween80质量比为0.514/0.486时，混合表面活性剂对所选油相的乳化能力最强，即一定量表面活性剂得到的乳液平均粒径最小。低能法制备纳米乳液过程中，搅拌速率虽然不是制备乳液的关键因素，但是充足的搅拌是快速制备较小粒径、分布均匀纳米乳液不可或缺的条件。体系中表面活性剂含量增大，能够稳定的界面区域越大，制得的乳液平均粒径减小。此外，将乳液用作暂堵剂，地层温度低于固体石蜡软化点时，堵水率高于90％，且固体石蜡能完全溶解在原油当中不对地层产生伤害。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及立题意义

1．2 界面性质研究进展

1．2．1 界面扩张模量

1．2．2 振荡频率对界面扩张模量的影响

1．2．3 表面活性剂浓度对扩张模量的影响

1．2．4 体相离子强度对扩张模量的影响

1．3 纳米乳液的研究进展

1．3．1 纳米乳液概况

1．3．2 纳米乳液的制备方法

1．3．3 纳米乳液失稳机理

1．4 本文主要研究内容

参考文献

第二章 聚合物／表面活性剂混合体系在油水界面的吸附

2．1 引言

2．2 仪器和药品

2．2．1 仪器与设备

2．2．2 原料与试剂

2．3 实验方法

2．3．1 聚丙烯酰胺水解度的测定

2．3．2 界面张力和界面扩张模量测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 界面张力测量

2．4．2 界面扩张模量

2．5 本章小结

参考文献

3．1 引言

3．2 仪器与试剂

3．2．1 主要仪器及设备

3．2．2 原料及试剂

3．3 实验方法

3．3．1 纳米乳液的制备

3．3．2 乳液的粒径分布测量

3．3．3 长期稳定性考察

3．3．4 乳液封堵率评价

3．3．5 乳液解堵率评价

3．4 结果与讨论

3．4．1 固体石蜡含量对乳液的影响

3．4．2 表面活性剂HLB值对纳米乳液的影响

3．4．3 乳化温度对固体石蜡乳液的影响

3．4．4 油剂比对固体石蜡乳液的影响

3．4．5 乳液的稳定性

3．4．6 乳液封堵率评价

3．4．7 乳液解堵率评价

3．5 本章小结

参考文献

论文的创新点和不足之处

致谢

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