油田雙子表面活性劑的合成及研究進展

崔琰奇

(長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100)

原油開采主要分為三個階段。第一階段是利用油藏自身能量驅動。第二階段則是利用注水、注氣的方式以維持底層壓力開采。第三階段也叫三次采油，是利用物理化學方法，通過提高注水波及系數來提高采收率[1]。由于我國自身特殊的資源環境及地層機構，三次采油中的化學驅成為了我國油藏開發后期提高采收率的必然選擇。

1 雙子表面活性劑研究歷史

按照分子結構，表面活性劑可分為三類：傳統型、Bola型和Gemini型。其中，Gemini型得名自雙子星座，可以看做兩個表面活性劑單體被鏈接基團鏈接起來。

該類化合物歷史上第一次被確立作為雙子表面活性劑研究的是在1971年，由Bunton等首次合成，測定了其表面活性，研究了不同鏈接基團(剛性、柔性、親水、疏水)對該類化合物性質的影響，并將其作為某種相轉移催化劑使用。1991年Menger等將其命名為Gemini表面活性劑。至20世紀90年代，研究逐漸從開始的新型分子結構設計延伸至這類活性劑特殊的表面活性和界面性質及相態轉變。

我國國內的相關工作開展的較晚，來自福州大學的趙劍曦[2]老師首次開始對這類化合物進行研究。雖然起步晚，但近20年來經過研究者的不懈努力，我國在相關領域也取得了令人矚目的成就，合成了一系列新型的雙子表面活性劑。

2 雙子表面活性劑分類

雙子表面活性劑的機構如圖1所示。

圖1 雙子表面活性劑的機構

由于擁有多個兩親頭基的特殊分子結構，該類化合物擁有與其它表面活性劑不同的性質：

①形成膠束能力更強。

②更好的低溫溶解性能。

③優良的表面活性。

④良好的潤濕性。

⑤良好的鈣皂分散性。

⑥低濃度下即可產生粘彈性。

按照不同的鏈接基團分類，雙子表面活性劑可分為陰、陽離子型、兩性離子型等。

2.1 陽離子型雙子表面活性劑

該類是現如今研究工作做的最多的一種雙子表面活性劑。它的合成路線設計思路主要分兩類:一類是通過溴代烷與季銨反應而成；另一類是由長鏈叔胺與鹵代烷烴、鹵代甲基苯等通過季銨反應而成。

王輝[3]等合成了一系列適用于二元復合驅的該類化合物，反應過程如圖2所示。

圖2 二元復合驅的該類化合物合成反應過程

2.2 陰離子型雙子表面活性劑

陰離子型按照親水頭基的不同進行分類，可分為磺酸鹽型、羧酸鹽型、硫酸酯型等。

2.2.1 磺酸鹽型雙子表面活性劑

磺酸鹽型具有良好的水溶性和表面活性，且合成路線簡單，原料價廉，固其應用前景最被看好。

李豪等[4]用2，2-雙(對羥基苯基)丙烷為原料，得到了一種雙醚雙苯類的Gemini表面活性劑，反應過程如圖3所示。

圖3 雙醚雙苯類的Gemini表面活性劑的合成

許軍虎等[5]以烯烴和苯基醚為原料，得到了雙烷基二苯醚雙子表面活性劑，經檢測其CMC值較單鏈低2～3個數量級。

2.2.2 羧酸鹽型雙子表面活性劑

羧酸鹽雙子表面活性劑的原料一般為自然產物，不但性質溫和易于降解，且不易形成沉淀，具有良好的表面活性。

王培義等[6]以丙烯酸甲酯和十二胺為原料得到了兩類鈉鹽雙子表面活性劑，反應過程如圖4所示。

圖4 兩類鈉鹽雙子表面活性劑的合成

任昊[7]以馬來酸酐、三乙稀四胺以及長鏈脂肪酸為主要原料,經過?；?、肖登-包曼縮合等反應得到一種新型Gemini表面活性劑。該反應選用的原料廉價易得,具有很大的經濟效益,值得關注。

趙田紅等[8]以溴代十二烷和氯乙酸鈉為原料，經烷基化和羧甲基化得到的產物具有優良的表面活性。反應過程如圖5所示。

圖5 以溴代十二烷和氯乙酸鈉為原料的羧酸鹽型雙子表面活性劑

趙成洋等[9]合成了一系列相關化合物作為清潔壓裂液使用，具有良好的快速破膠性和攜砂性。

2.2.3 硫酸酯型雙子表面活性劑

在傳統表面活性劑中，硫酸酯型是應用最廣的一類。因為它在水中溶解度大，原料種類繁多，故其合成相對簡單。

孫冬等[10]以十二烷酸、聚乙二醇為原料，合成了具有特殊結構的低聚二醇(α-硫酸酯鈉)月桂酸雙酯。

2.3 兩性型雙子表面活性劑

分子結構式中既有正電荷中心又有負電荷中心，且兩個電荷中心不可分離該類被稱為兩性型。因合成路線繁雜且成本過高，目前有關兩性型的報道仍不多，在接下來的研究中可能成為研究者關注的焦點。

王孝科等[11]以12DMA、3-氯-1,2-環氧丙烷和一氯醋酸等為原料，合成了一種羧甲基鈉鹽，具有較低的CMC值及較高的表面活性。反應過程如圖6所示。

圖6 羧甲基鈉鹽兩性型雙子表面活性劑

于君明等[12]以環氧氯丙烷與濃鹽酸經開環加成反應、季胺化反應得到了一種新型雙子表面活性劑，具有良好的耐酸性。

3 結語

總而言之，雙子表面活性劑分子與其他表面活性劑相比擁有更優良的性質：水溶性更好，具有優良的耐鹽耐溫性能，更強的形成膠束能力，具有粘彈性，較低濃度即可高效降低油水界面張力，綠色環保有利于建設環境友好型社會，故而在三次采油中可以得到極大的應用，有利于推動我國石油事業進步。

當前雙子表面活性劑的應用仍受限于成本。若要使雙子表面活性劑真正在油藏開采中大展身手，可以向兩個方向進行研究。一是使用雙子表面活性劑于其他活性劑進行復配，以降低成本。二是相關研究人員將合成機理研究透徹，以爭取能夠找到使用廉價易得原料的合成方式。相信在不遠的將來，雙子表面活性劑必然能夠成為油田試劑中不可或缺的一部分。

[1] 趙 永,丁國華,劉 崢.雙子表面活性劑的合成與應用研究進展[J].精細石油化工,2015(2):75-80.

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[11] 王孝科,田 敉.新型兩性雙子表面活性劑的合成與表面活性研究[].精細石油化工,2008(3):17-20.

[12] 于君明,陳洪齡,韋亞兵.新型雙子兩性表面活性劑的合成及性能[J].南京工業大學學報(自然科學版),2005(5):62-66.

(本文文獻格式：崔琰奇.油田雙子表面活性劑的合成及研究進展[J].山東化工，2018，47(02)：48-50，52.)