复合驱油方法利用碱和表面活性剂在降低界面张力方面的超加合作用而具有提高微观驱油效率和流度控制的双重作用,所以近年来发展迅速并在矿场中得到了一定规模的应用。但是体系中表面活性剂和聚合物之间会形成表面活性剂-聚合物的聚集体(复合物)。因此了解聚合物与表面活性剂之间的相互作用对认识复合驱油体系特征有重要意义。有关表面活性剂与聚合物之间相互作用的报道较多,Myers报道了表面活性剂与非离子型和离子型聚合物的相互作用并对形成的机理进行了分析。但是由于材料对形成的聚集体的宏观性质影响较大,本文通过体系比浓粘度的变化研究了2种阴离子表面活性剂月桂酸钠(C₁₁H₂₃COONa)和十二烷基磺酸钠(C₁₂AS)与聚丙烯酰胺(PAM)的溶液特性。江西洗煤絮凝剂电话

1 实验部分试剂和仪器:

月桂酸钠(C₁₁H₂₃COONa,益阳油脂化工厂,C₁₁H₂₃COOH与NaOH中和制得,分析纯);聚丙烯酰胺(PAM),分子量8×10⁶(南中塑料厂);十二烷基磺酸钠C₁₂AS(市售),用乙醇结晶2次;去离子水。稀释型乌氏粘度计;UV-260型紫外-可见分光光度计(日本岛津公司)。

2 结果与讨论

2.1C₁₁H₂₃COONa对聚合物溶液比浓粘度的影响

根据矿场应用情况,实验在pH=7条件下进行。单一聚合物(PAM)水溶液的ηsp×cp^-1-cp曲线呈线性关系时显示出非聚电解质的粘度行为,可用哈金斯方程处理。但是当在聚合物溶液中加入不同浓度的月桂酸钠后,聚合物溶液的η_sp×cp^-1-cp曲线偏离了线性关系。

由图1可见,在PAM溶液中加入C₁₁H₂₃COONa后,其粘度表现出明显的聚电解质特征,并且电粘效应随C₁₁H₂₃COONa浓度的增加而增强。用界面张力法测得C₁₁H₂₃COONa临界胶束质量浓度为6.30g/L。通过核磁共振等研究发现,在C₁₁H₂₃COONa临界胶束浓度之前,PAM分子与C₁₁H₂₃COONa分子发生缔合作用,且氢键起到了主导作用。缔合过程可用单个表面活性剂分子(S)与聚合物链(P)之间逐级缔合方程来描述: 每步缔合过程受质量作用方程控制并受实验条件（如温度、溶剂、离子强度、PH等）影响。从本实验结果看，当表面活性剂C₁₁H₂₃COONa浓度大于临界胶束浓度时，聚合物溶液的η_sp×cp_-1随溶液的稀释而显著升高，这主要是因为聚合物与C₁₁H₂₃COONa胶团发生缔合作用，使大分子链上电荷数目增多，静电斥力使聚合物分子进一步伸展。

2.2 十二烷基硫酸盐与C₁₁H₂₃COONa对聚合物溶液η_sp×cp^-1影响的对比

图2给出了不同浓度C₁₂AS和C₁₁H₂₃COONa对2种质量浓度聚合物溶液的η_sp×cp^-1影响的实验结果。图中可见,PAM-C₁₁H₂₃COONa与PAM-C₁₂AS体系的粘度变化趋势虽然相同,即当表面活性剂的浓度较小时PAM体系的ηsp×cp^-1均随表面活性剂浓度的增大而降低,且只有当表面活性剂的浓度大到一定值后方出现ηsp×cp^-1随表面活性剂浓度增大而升高的现象。但是2个体系出现ηsp×cp^-1最低值所对应的表面活性剂浓度却不同,如在PAM质量浓度为100mg/L时,ηsp×cp^-1最低值所对应的C₁₁H₂₃COONa与C₁₂AS的浓度分别为1.25×10^-2mol/L和1.75×10^-2mol/L。这主要是因为C₁₁H₂₃COONa与PAM之间有氢键作用而C₁₂AS与PAM之间没有或作用很弱。

由图2还可看出,在PAM-C₁₂AS体系中,PAM质量浓度较高时(500mg/L),体系的η_sp×cp^-1随C₁₂AS浓度的增大而降低。C₁₂AS的浓度大于2×10^-2mol/L时变化不大。而在PAM质量浓度较低时(100mg/L),C₁₂AS的浓度在2×10^-2mol/L左右体系的ηsp×cp^-1达到最低值,之后随C₁₂AS浓度的升高,PAM体系的η_sp×cp^-1增大。CMC实验表明,本文得到的C₁₂AS的CMC浓度为2.02×10^-2mol/L,因此,上述变化特征是在CMC附近发生的。这一结果表明,PAM与C₁₂AS之间的疏水结很弱,二者之间的相互作用主要是大分子与活性剂胶束之间的缔合。PAM浓度较大时,大分子链间相互作用使之成线团状,不利于大分子与胶束间的缔合。当PAM浓度较低时,大分子与溶剂之间的相互作用促使大分子链伸展,伸展的PAM大分子链通过离子-偶极作用与负电荷的C₁₂SO_2-3胶束发生缔合,形成PAM-胶束聚集体,从而导致体系粘度的升高。赣州选矿PAM聚丙烯酰胺

2.3C₁₂AS-PAM体系的紫外吸收光谱特征

不同质量浓度单一C₁₂AS水溶液体系和C₁₂AS-PAM混合溶液体系的吸收光谱表明,2个体系吸收光谱在紫外范围内基本重合。即使C₁₂AS浓度大于其临界胶束浓度时,也未发现红移现象,如在λ=190.0～230.0nm范围内,500mg/L的PAM溶液的λ_max=203.4nm,500mg/L的PAM和500mg/L的C₁₂AS混合溶液的λmax仍为203.4nm。南昌洗沙砂絮凝剂

2.4C₁₁H₂₃COONa-PAM体系的紫外吸收光谱特征

在不同pH条件下单一PAM体系、单一C₁₁H₂₃COONa和PAM- C₁₁H₂₃COONa混合溶液体系最大紫外吸收峰波长结果见表1。由表可见,PAM- C₁₁H₂₃COONa混合溶液体系的λmax表现出明显的红移现象,且在pH值为4左右时,红移现象最为明显。结合PAM和C₁₁H₂₃COONa的结构特征、本文实验结果及核磁共振的结果,可以判定在PAM- C₁₁H₂₃COONa混合溶液体系中有氢键缔合物形成。在中性或弱酸性水溶液中,羧酸盐同时存在下述平衡: (2) C₁₁H₂₃COONa作为质子给予体,可以与PAM分子上的酰胺基发生氢键缔合。当pH值较低时,PAM分子上的酰胺基发生质子化,反而会削弱PAM-C₁₁H₂₃COONa之间形成氢键的能力,而pH值较高时,体系中存在较多的C₁₁H₂₃COONa,不易与PAM形成氢键缔合物。因此,λmax的红移现象在pH值过高或低时不再发生。该推论亦可对图2的实验结果作出合理解释,即在PAM-C₁₁H₂₃COONa体系中,以疏水力形成的C₁₁H₂₃COONa-C₁₁H₂₃COO^-二聚体可通过氢键结合在PAM大分子链上,致使大分子链因带电荷而更加伸展,从而在C₁₁H₂₃COONa小于CMC值时就出现了电粘效应。随着C₁₁H₂₃COONa加入量的增大,体系中Na⁺浓度增加,破坏大分子链周围水化膜的作用增加,使大分子链卷曲,溶液粘度降低。当C₁₁H₂₃COONa浓度大于CMC时,PAM可与胶束缔合,致使PAM大分子的电荷量显著增加,体系粘度增高。江西城市污水絮凝剂