2結(jié)果和討論

2.1棕櫚酸二甘醇酰胺的合成

通過用鹽酸-異丙醇法測(cè)定剩余二甘醇胺的含量，結(jié)合投料量，計(jì)算出棕櫚酸二甘醇酰胺的產(chǎn)率。結(jié)果表明，若反應(yīng)溫度高于5℃，則易于生成副產(chǎn)物氨基酯。因此為保持棕櫚酰氯與二甘醇胺進(jìn)行高選擇性的反應(yīng)，需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度低于5℃。單因素試驗(yàn)表明，當(dāng)n(酰氯)∶n(二甘醇胺)=1∶1.02時(shí)，在0～5℃范圍內(nèi)反應(yīng)3 h后，產(chǎn)率可達(dá)到95%。

2.2棕櫚酸二甘醇酰胺的表征

2.2.1紅外分析采用液膜法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜分析，所得紅外圖譜如圖1所示。

圖1棕櫚酸二甘醇酰胺的紅外光譜

由圖1可以看出，圖中3 288.6～3 400 cm－1處強(qiáng)烈的寬峰為—OH吸收峰;1 637.4 cm－1處強(qiáng)而尖銳的吸收峰為酰胺鍵中的C==O伸縮振動(dòng);3 294.1和1 560.3 cm－1處的吸收峰為酰胺鍵中的N—H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和變形伸縮振動(dòng);1 076.2 cm－1處的吸收峰為伯醇C—OH的伸縮振動(dòng)，據(jù)此可推斷產(chǎn)品為烷醇酰胺。

2.2.2質(zhì)譜分析圖2為棕櫚酸二甘醇酰胺的質(zhì)譜圖(正電荷模式)。

圖2棕櫚酸二甘醇酰胺的質(zhì)譜圖

在正電荷模式下，產(chǎn)物將結(jié)合一個(gè)H+或Na+而帶正電，從而顯示正離子峰。據(jù)此推測(cè)，圖2中兩個(gè)最強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子峰分別對(duì)應(yīng)于［M+Na］+和［M+H］+，于是產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量M=343，與目標(biāo)產(chǎn)物棕櫚酸二甘醇酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量完全吻合。m/z為282.3的離子峰為產(chǎn)品去掉—OCH2CH2OH后的碎片，m/z為709.6的離子峰對(duì)應(yīng)于目標(biāo)產(chǎn)物的二倍體［2M+Na］+。

2.2.3核磁分析以CDCl3為溶劑對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行核磁分析，圖譜解析結(jié)果如圖3和表1所示。

由表1可以計(jì)算出產(chǎn)物中H的積分值為41，與目標(biāo)產(chǎn)物的分子式C20H41NO3相符。

2.3棕櫚酸二甘醇酰胺的耐鹽性

在水中加入CaCl2，會(huì)降低表面活性劑在水中的溶解度。因此，隨著溶液中Ca2+含量的不斷增加，表面活性劑溶液會(huì)變渾濁或析出沉淀，據(jù)此可判斷表面活性劑的耐鹽能力。表2為棕櫚酸二甘醇酰胺耐鹽能力的測(cè)定結(jié)果，棕櫚酸二甘醇酰胺的濃度為0.5 mmol/L。另外烷基芳基磺酸鹽是一種典型的驅(qū)油用表面活性劑，其主要缺點(diǎn)之一是不耐硬水，因此作為對(duì)比，表2中也列出了對(duì)十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的測(cè)定結(jié)果。

表2棕櫚酸二甘醇酰胺的耐鹽能力及其與十二烷基苯磺酸鈉的比較

由表2可見，十二烷基苯磺酸鈉在Ca2+質(zhì)量濃度達(dá)到250 mg/L時(shí)，溶液開始變渾濁，至300 mg/L時(shí)，溶液中出現(xiàn)沉淀;而對(duì)于棕櫚酸二甘醇酰胺，雖然溶液是渾濁的，但直到Ca2+質(zhì)量濃度達(dá)到2 000 mg/L時(shí)才有明顯的沉淀出現(xiàn)。由此表明，棕櫚酸二甘醇酰胺具有優(yōu)良的耐鹽能力。

2.4棕櫚酸二甘醇酰胺的表面活性

圖4為45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺的γ-logc曲線。

圖4 45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺水溶液的表面張力隨濃度的變化

圖4中的點(diǎn)為測(cè)量值，而線為Szyszkowski公式γ°－γ=nRTΓ∞ln(1+Kc)的計(jì)算值。由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)可得到臨界膠束濃度(ccmc)和γcmc數(shù)值，而通過用Szyszkowski公式對(duì)測(cè)定值進(jìn)行模擬可以獲得飽和吸附量Γ∞和分子截面積a∞等參數(shù)，結(jié)果列入表3。

表3 45℃時(shí)棕櫚酸二甘醇酰胺的表面活性參數(shù)

由表3可見，棕櫚酸二甘醇酰胺的ccmc在10－5mol/L數(shù)量級(jí)，γcmc能達(dá)到30 mN/m以下，飽和吸附時(shí)分子截面積也相對(duì)較小，因此具有很高的表面活性。顯然這與棕櫚酸二甘醇酰胺的結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于其具有長(zhǎng)鏈烷基，又是非離子型的，親水基之間沒有靜電排斥作用，因而易于吸附到界面，并在界面上緊密排列。

2.5棕櫚酸二甘醇酰胺降低大慶原油/水界面張力的性能

通常單一表面活性劑難以將油水/界面張力降到超低，而為了獲得超低界面張力，往往需要使用混合表面活性劑。棕櫚酸二甘醇酰胺也不例外，當(dāng)其濃度為1×10－4mol/L時(shí)，45℃下與壬烷的界面張力為8.6 mN/m。

將棕櫚酸二甘醇酰胺與甜菜堿類兩性表面活性劑復(fù)配，溶于大慶油田的地層水，其中混合表面活性劑中棕櫚酸二甘醇酰胺的摩爾分?jǐn)?shù)為0.6，水相中加入質(zhì)量濃度為1 000 mg/L聚丙烯酰胺，不加任何堿或中性無機(jī)鹽，也不加任何助表面活性劑，在45℃下測(cè)定其與大慶四廠原油的界面張力，結(jié)果如圖5所示。

圖5 45℃時(shí)大慶原油/棕櫚酸二甘醇酰胺地層水溶液的動(dòng)態(tài)界面張力

由圖5可以看出，在相當(dāng)寬的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)(0.05%～0.5%)，平衡界面張力皆能達(dá)到10－3mN/m數(shù)量級(jí)。在動(dòng)態(tài)界面張力方面，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，界面張力降至10－3mN/m數(shù)量級(jí)需要45 min左右;而在較高的濃度下，僅需20 min左右。在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%)下，界面張力在60 min后有所上升，但仍維持在1×10－3mN/m數(shù)量級(jí)，其余濃度下界面張力平穩(wěn)下降，無反彈。

用壬烷代替大慶原油，測(cè)定界面張力，表面活性劑總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，結(jié)果也能獲得超低界面張力，如圖6所示。這一結(jié)果與大慶原油的等效碳原子數(shù)為9左右完全一致。

圖6 45℃時(shí)壬烷/棕櫚酸二甘醇酰胺地層水溶液(0.2%)的動(dòng)態(tài)界面張力

顯然棕櫚酸二甘醇酰胺可以作為無堿驅(qū)油用表面活性劑，用于表面活性劑-聚合物二元復(fù)合驅(qū)。

3結(jié)語

1)以四氫呋喃作溶劑，在氧化鎂存在下，通過棕櫚酸酰氯和二甘醇胺在0～5℃下反應(yīng)可以合成棕櫚酸二甘醇酰胺。在優(yōu)化反應(yīng)條件下產(chǎn)率可達(dá)到95%。經(jīng)紅外、質(zhì)譜、核磁等表征，合成產(chǎn)物與目標(biāo)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)相符，為一種單一化合物。

2)45℃下棕櫚酸二甘醇酰胺的臨界膠束濃度為1.48×10－5mol/L，γcmc為29.7 mN/m，在水/空氣界面的飽和吸附量達(dá)到4.0×10－10mol/cm2，具有很高的表面活性。當(dāng)濃度為0.5 mmol/L時(shí)，在Ca2+質(zhì)量濃度高達(dá)1 800 mg/L的水溶液中不沉淀，具有良好的耐鹽性。

3)作為主表面活性劑(摩爾分?jǐn)?shù)=0.6)，棕櫚酸二甘醇酰胺通過與兩性表面活性劑復(fù)配，能在總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%～0.5%范圍內(nèi)將大慶原油/地層水的平衡界面張力降到10－3mN/m數(shù)量級(jí)。因此棕櫚酸二甘醇酰胺可以作為驅(qū)油用表面活性劑用于無堿二元復(fù)合驅(qū)。