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勝利油田常規(guī)和親油性石油磺酸鹽組成、色譜、質譜、界面張力測定（二）
來源：石油化工高等學校學報 瀏覽 737 次 發(fā)布時間:2025-05-21
2結果與討論
2.1色譜分析
樣品PS-a和PS-b的液相色譜分析結果如圖1所示。
圖1 PS-a(a)和PS-b(b)色譜分離
從色譜圖及色譜數(shù)據(jù)分析結果得知:PS-a和PS-b均含有單磺酸鹽和雙磺酸鹽，但兩者所含單、雙磺酸鹽的量差別較大;如果以峰面積為評價標準，樣品PS-b中幾乎不含雙磺酸鹽部分，而樣品PS-a中單、雙磺酸鹽所含比例相當，約為1∶1。
2.2結構解析
在確定的質譜分析條件下，樣品PS-a和PS-b的質譜圖如圖2所示。
圖2 PS-a(a)和PS-b(b)質譜圖
從質譜圖中可以初步得出:PS-b的相對分子質量分布范圍較窄，且豐度較大的分子離子峰較為集中，聚集在487 min附近;而PS-a的主要分子離子峰較為分散，聚集在320、459 min附近。為了更加具體的對兩者組成的結構差異進行分析比較，選出各自質譜圖中相對豐度最大的20個分子離子峰，對其進行結構鑒別，對應的化合物結構信息如圖3所示。
圖3 PS-a和PS-b中主要化合物的分子式結構
對于PS-b，相對含量較大的20個化合物中，按照相對含量大小依次為:烷基萘磺酸鹽(C17～C21)、烷基苯磺酸鹽(C17～C24)、烷基茚滿磺酸鹽(C17～C21)、烷基四氫萘磺酸鹽(C19～C20);而對于PS-a，按照相對含量大小依次為:烷基苯磺酸鹽(C11～C13、C18～C23)、烷基萘磺酸鹽(C12、C18～C20)、烷基茚滿磺酸鹽(C16～C18)、烷基四氫萘磺酸鹽(C13、C17～C18)。
結果表明:樣品PS-b中，萘環(huán)結構占主要，苯環(huán)結構次之，另外支鏈碳數(shù)分布較為集中，如萘環(huán)支鏈碳數(shù)分布在17～21;樣品PS-a中，苯環(huán)結構占主要，萘環(huán)結構次之，支鏈碳數(shù)分布較為分散，如苯環(huán)支鏈碳數(shù)除分布在18～23，還分布在11～13。
2.3 HLB值測定
在不同體積比的待測/標準表面活性劑配比下，分別測得PS-a和PS-b的乳化層體積如圖4所示。
圖4 PS-a和PS-b的HLB值實驗結果
根據(jù)實驗結果，按照乳化層體積最大時的待測/標準表面活性劑配比，計算出PS-a和PS-b的HLB值分別為13.5和12.0。PS-b的HLB值小于PS-a的HLB值，表明PS-b的親水性比PS-a的親水性小。根據(jù)Davis法計算HLB值的原理，可知:
對于親水基團數(shù)相同的PS-a和PS-b而言，HLB值越小，∑(疏水基團常數(shù))就越大，即疏水基團碳鏈就越長(參照常見基團親水及疏水基團常數(shù)表)。因此，可以推測:PS-b所含主要組份的相對分子質量較PS-a的大，這種結果與質譜分析結果相吻合。另外，從圖4中可以得知:PS-b的乳化效果明顯低于PS-a，因此推測，在界面活性方面，PS-b不如PS-a的效果好。
2.4界面活性
對于PS-a和PS-b單元體系，測得其界面張力分別為2.5×10-1mN/m和NaN(代表油滴附于旋轉壁上，不能有效拉展)。因此根據(jù)此實驗結果，可知PS-b具有非常弱或無界面活性。
對于石油磺酸鹽-聚合物復配體系，界面張力測定結果如圖5所示(實驗中PAM質量分數(shù)分別為0.1%、0.2%、0.3%，不同濃度下測試結果一致，且實際數(shù)值大于此設定值)。
圖5 PS-PAM二元體系的界面張力
由圖5結果可知，PAM單元體系以及PAMPS-b二元體系，均不能降低原油的界面張力;為了便于在圖形中對比分析，將其界面張力設定為1.0 mN/m而PAM-PS-a二元體系可以將原油的界面張力維持在10-1數(shù)量級，數(shù)值與PS-a單元體系的界面張力數(shù)值相近，因此可以得出:無論是PS單元體系，還是PAM-PS復配體系，PS-b均不能降低原油的界面張力。
對于石油磺酸鹽-無機堿復配體系，界面張力測定結果如圖6所示。
圖6 PS-無機堿體系的界面張力
由圖6可以看出:PS-b與NaOH復配，原油的界面張力只可以降到10-2數(shù)量級，而PS-a與NaOH復配，可以將原油的界面張力降至10-4數(shù)量級;PS-b與Na2CO3復配，原油的界面張力可以降到10-2數(shù)量級;PS-a與Na2CO3復配，可以將原油的界面張力降至10-3數(shù)量級。綜上分析可以得出:PS-b的界面活性遠遠低于PS-a;PS-a的復配體系可以達到超低界面張力(10-3～10-4mN/m)，而PS-b不能。
綜上所述，通過對比分析常規(guī)和親油性石油磺酸鹽的組成及界面活性，可以得出:親油性石油磺酸鹽中主要化合物的相對分子質量較常規(guī)石油磺酸鹽的大，且相對分子質量分布范圍較窄;其降低油/水界面張力的能力很弱，不能達到超低界面張力的要求。另外，根據(jù)樣品結構解析及界面活性測試結果，在降低界面張力方面，可以推測(針對勝利油田區(qū)塊):苯環(huán)結構磺酸鹽占主體的樣品較萘環(huán)結構占主體的樣品要好;苯環(huán)支鏈碳數(shù)分布要合適，既含有較低碳數(shù)如C11～C13，又含有較高碳數(shù)如C18～C23的樣品效果較好;樣品中即含有較高比例單磺酸鹽、又含有較高比例雙磺酸鹽時，降低界面張力效果較好。