陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進(jìn)展

1、陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進(jìn)展 陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進(jìn)展趙勝緒 石工 11-10 班摘要 摘要：本文綜述了陰離子表面活性劑在粘土表面吸附作用的最新研究進(jìn)展，介紹了表面活性劑在固液界面上吸附等溫線及其通式，以此來(lái)闡述陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附機(jī)理，并對(duì)驅(qū)油用陰離子表面活性劑的研發(fā)方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：陰離子表面活性劑；吸附等溫線；吸附機(jī)理引言 引言陰離子表面活性劑在石油工業(yè)，尤其是

2、在油田提高采收率方面應(yīng)用最為廣泛，其中，用于油田開發(fā)的陰離子表面活性劑約占工業(yè)用量的 17%[1]。復(fù)合驅(qū)是油田提高采收率的重要手段，在三元復(fù)合驅(qū)（ASP）中，陰離子表面活性劑作為驅(qū)油劑向油藏深部運(yùn)移的過程中易與粘土表面發(fā)生吸附而造成損耗，引起驅(qū)油效率大大降低，從而導(dǎo)致提高采收率效果不明顯[2]。本文對(duì)陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，以期為我國(guó)開展相關(guān)基礎(chǔ)研究，準(zhǔn)確評(píng)估陰離子表面活性劑在粘土表面的吸附作用狀況，研

3、制符合我國(guó)油田特征的新型陰離子表面活性劑提供科學(xué)參考。1 研究進(jìn)展 研究進(jìn)展1944 年 R.G.Aiken 首次發(fā)現(xiàn)棉花、羊毛從水溶液中吸附烷基硫酸鹽的吸附等溫線在CMC 附近出現(xiàn)最大值并跟隨一個(gè)最小值。七十年代以來(lái)，隨著化學(xué)驅(qū)提高采收率研究的發(fā)展，J.B.Lawson（1978） ，H.S.Hanna 和 P.Somasundaran（1979） ，楊承志（1983）等使用不同的體系得到了類似的結(jié)果。盡管有人發(fā)現(xiàn)了符合 Langmu

4、ir 模型的吸附體系，但是許多人對(duì)經(jīng)典的 B.E.T 理論和 Langmuir 模型能否解釋兩親物質(zhì)在固體表面的吸附層狀態(tài)表示懷疑。后來(lái)，兩親物質(zhì)的吸附理論有了很大發(fā)展[3]。楊承志（1988）對(duì)表面活性劑吸附理論的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，介紹了 R.S.Schechter 的相分離模型、J.M.Cases 的熱力學(xué)模型和P.Somasundaran 的膠束排斥模型。朱徙瑤和顧惕人（1990）為闡明表面活性劑在固液界面上的吸附規(guī)律進(jìn)行了一系

5、列研究，并報(bào)道了各種類型的吸附等溫線，包括 Langmuir 型（L） 、S 型（S）和雙平臺(tái)型（LS）等溫線。先是提出了二階段吸附模型，后來(lái)又根據(jù)質(zhì)量作用定律從理論上發(fā)展了計(jì)算表面膠團(tuán)聚集數(shù) n、表面聚集平衡常數(shù) k 和表面聚集自由能 的方法，并將兩者相結(jié)合首次推導(dǎo)出適用于表面活性劑在固液界面吸附的通用等 ?𝐺 0hm溫線公式，可以定量描述各種類型的吸附等溫線，從而更加便捷地獲取表面活性劑吸附過程的重要資料[4]。近些

6、年來(lái)，隨著陰離子表面活性劑在油田開發(fā)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相關(guān)研究也不斷增多。魏宏斌（1996）對(duì)陰-陽(yáng)離子表面活性劑在粘土礦物表面的混合吸附規(guī)律進(jìn)行研究，成功地將吸附等溫線與吸附平衡溶液的電導(dǎo)率曲線有效地結(jié)合起，提出了可能的吸附機(jī)理，很好的解釋了吸附等溫線的最大值[5]。田仲?gòu)?qiáng)（2002）和王業(yè)飛（2002）對(duì)陰離子表面活性 ABS 劑在油砂和凈砂表面的吸附規(guī)律進(jìn)行對(duì)比研究并得出相似結(jié)論，ABS 在油砂和凈砂表面上的吸附等溫線均呈典型的

7、“S”型，ABS 在凈砂表面的吸附量是在出現(xiàn)最大值且經(jīng)歷較小幅度的下降后出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái) ,而在油砂表面的吸附量是在出現(xiàn)最大值后大幅度下降，表明用油砂來(lái)考察表面活性劑的吸附損耗更接近實(shí)際地層情況[6,7]。張志軍（2003） ，程斌（2004）和鄭延成（2005）討論分析了石油磺酸鹽與其他表面活性劑復(fù)配體系的低表面張力特性以及在驅(qū)油過程中的沉積損耗和在油砂表面上的吸附損耗，并指出改性石油磺酸鹽和結(jié)構(gòu)性能關(guān)系清晰的合成石油磺酸鹽是今后的發(fā)展趨

8、勢(shì)[8-10]。唐善法（只存在于離子型表面活性劑的場(chǎng)合）或范德華力與固體表面直接相互而吸附，平衡時(shí)則有：吸附位+表面活性劑單體?吸附單體該過程的平衡常數(shù)為 (1) 𝑘1 =𝑎1𝑎𝑠𝑎 式中，a 為溶液中表面活性劑單體的濃度，對(duì)于稀溶液可以用 c 來(lái)代替；a1 和 as 分別為吸附單體和空吸附位的活度。第二表面活性劑分子或離子與吸附了的表面活性劑單體通過它

9、的碳?xì)涫杷嗷プ饔眯纬杀砻婺z團(tuán)，平衡時(shí)則有(2) 𝑘2 =𝑎sm𝑎1𝑎𝑛 ? 1 式中，asm 是表面膠團(tuán)的活度；n 是表面膠團(tuán)的聚集數(shù)。a1、as、asm 可近似用單體的吸附量 Γ1、空吸附位的數(shù)目 Γsm 和表面膠團(tuán)吸附量 Γs 代替，故(1)式和(2)式可寫作(3) 𝑘1 =𝛤1𝛤1𝑐

10、(4) 𝑘2 =𝛤sm𝛤1𝑐𝑛 ? 1根據(jù)在任意濃度 c 時(shí)，表面活性劑的總吸附量Γ和極限吸附量 ?！薜奈锢硪饬x，可知(5) 𝛤 = 𝛤1 + 𝑛𝛤sm (6) 𝛤∞ = 𝑛(𝛤s + 𝛤1 + 𝛤sm)將(3)式、

11、(4)式、(5)式和(6)式合并，得(7) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑐(1𝑛 + 𝑘2𝑐𝑛 ? 1)1 + 𝑘1𝑐(1 + 𝑘2𝑐𝑛 ? 1)此即為表面活性劑在固液界面的通用等溫式。由(7)式可知：① 當(dāng) k2=0，即不形成表面膠團(tuán)時(shí)，則 n

12、=1，故(8) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑐1 + 𝑘1𝑐此式即為 Langmuir 方程，可描述 L 型等溫線。②當(dāng) k2≠0，而 n＞1，且 k2cn-1>1/n 時(shí)，則(7)式(10) 𝛤 =𝛤∞𝑘1𝑘2𝑐𝑛1 + 𝑘1Ү