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腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂表面/界面性能、油滴破裂速率常数测定(一)
来源:石油化工高等学校学报 浏览 11 次 发布时间:2025-06-11
以腰果酚和甲醛为原料合成腰果酚醛树脂起始剂,再与环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)聚合,合成腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂(CPFE)。采用表面张力法测定了CPFE的临界胶束浓度(cmc)为80 mg/L,对应的表面张力值(γcmc)为17.38 mN/m。采用旋滴法测定了CPFE的油-水界面张力,考察了CPFE质量浓度和温度对油-水界面张力的影响。结果表明,随着CPFE质量浓度增加,油-水界面张力显著下降;随着温度升高,CPFE的界面活性下降,表明CPFE适合在低温环境下使用。采用单滴法测定了油滴破裂速率常数k随CPFE质量浓度的增加而增大。
油水界面膜的强度决定了原油乳状液的稳定性。在油水界面上吸附着大量的原油中天然乳化剂和开采过程中加入的表面活性剂,形成具有一定强度的黏弹性膜,阻碍乳滴的聚结,增强了原油乳状液的稳定性。原油中含有大量的晶态石蜡、胶质、沥青质、黏土以及碳酸盐等,这些物质含量越高,原油乳状液稳定性越强。目前需要解决的问题是如何减小油水界面膜强度,降低原油乳状液的稳定性,实现破乳脱水。
对破乳机理研究表明,原油乳状液的界面膜强度越大,原油中水珠碰撞后越难破裂,乳状液越稳定,因此,破乳的关键问题是破坏油水界面膜。界面膜的改变会直接影响到原油体系的油-水界面张力,因此,了解界面膜变化的一种直接方法就是研究油-水界面张力的变化。此外,还可以通过单滴法测定油滴的破裂速率常数来研究油水界面膜的强度。
破乳剂的界面活性与其破乳性能有密切的关系,当具有较好的表面活性时,能最大限度降低油-水界面张力,使油水界面膜强度降低,乳状液的破乳脱水变得容易,因此,可通过测定表面活性来研究破乳剂的破乳性能。目前,主要通过瓶试法考察破乳剂的性能,却很少从破乳剂的表面活性、界面活性及界面膜强度进行研究。本文从破乳剂的表面和界面性质出发,对腰果酚醛树脂嵌段聚醚CPFE的破乳性能进行了研究。
1实验部分
1.1仪器与试剂
腰果酚:工业级,上海美东生物材料有限公司;甲醛溶液:分析纯,哈尔滨市新春化工厂;氢氧化钾(KOH):分析纯,天津化学试剂厂;环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO):工业级,辽宁奥克化学股份有限公司;原油:大庆采油三厂。
DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器:巩义市英峪予华仪器厂;DZF-6030A型真空干燥箱:上海一恒科技有限公司;GSH-2型高压反应釜:体积2 L,工作压力15~30 MPa,工作温度上限300℃,搅拌转速0~750 r/min,控温精度±1℃;滴体积法抖淫安卓,北京大学胶体化学研究室;TX-500C旋转滴界面张力仪,上海地学仪器研究所。
1.2 CPFE的合成
准确称取一定量腰果酚和催化剂KOH加入到1 000 mL三口瓶中,30℃下搅拌至KOH全部溶解,然后通入一定量的质量分数为37%的甲醛溶液,恒温反应一定时间后加入适量二甲苯,升温回流脱水后再进行减压蒸馏,得到腰果酚醛树脂。
准确称取一定量腰果酚醛树脂和KOH加入到高压反应釜中,升温至100℃时,用真空泵抽至负压,用氮气吹扫管路及反应釜,再搅拌升温至130℃时,缓慢通入一定量的PO,控制反应温度为140℃,压力为0.25 MPa的条件下得到亲油头;然后将一定量的亲油头和氢氧化钾加入到高压反应釜中,与亲油头相同的制备方法升温至120℃时,缓慢通入一定量的EO,控制反应温度为130℃,压力为0.25 MPa的条件下得到二嵌段聚醚,即腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂,反应完毕后用一定量的冰醋酸中和催化剂KOH。反应路线如式(1)所示。
1.3表面性能测定
采用滴体积法测定不同质量浓度的腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂在25℃时的表面张力。
1.4界面性能测定
采用旋转滴界面张力仪测定腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂的油-水界面张力,转速为5 000 r/min,首先以大庆采油三厂模拟水(NaOH质量浓度为12 000 mg/L,NaCl质量浓度35 000 mg/L)配制不同质量浓度的破乳剂溶液,测定25、35、45、55、65℃时的油-水界面张力。
1.5油滴破裂速率常数测定
采用单滴法对腰果酚醛树脂嵌段聚醚破乳剂的破乳过程进行研究,即在油水界面上测定液滴与同相液体互溶时的生存时间。在恒温水浴中放入上端开口,下端用具孔胶塞密封的玻璃管,将毛细管穿过胶塞上的孔插进玻璃管中,高出胶塞1 cm左右。在玻璃管中加入水相,将玻璃管上端和毛细管中加入油相。在玻璃管上端滴入的水滴通过油相时在油水界面形成油膜,从玻璃管下端毛细管中挤出的油滴通过水相时在油水界面形成水膜。
45℃条件下,测量从毛细管挤出的油滴通过水相在油水界面形成水包油型液滴的生存时间,每一组测量数据为30滴,作出(N/N0)~t关系曲线。这里N表示某一时刻破裂的液滴总数,N0表示测量液滴的总数,(N/N0)表示破裂率。根据Cockbain等的理论研究,破裂阶段的实验曲线可表示为:ln(N/N0)=kt+C,其中k为破裂速率常数,C为回归系数。通过k的大小定性表征液膜的强度。