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振蕩頻率、濃度、油相、界面張力對陰離子表面活性劑HABS和PS界面模量的影響（三）
來源：《日用化學工業(yè)（中英文）》 瀏覽 379 次 發(fā)布時間:2025-09-19
圖4 HABS和PS在正癸烷-水界面的lgε-lg f曲線的斜率
另外，隨著濃度增大，HABS和PS界面膜的斜率均有所增大，其中HABS的斜率增大更為明顯，這是由于擴散-交換過程隨濃度增大而增強造成的。
不同含量的HABS和PS在大慶原油-水界面的擴張模量隨頻率的變化趨勢如圖5所示?？梢钥闯?，HABS和PS在原油-水界面的擴張模量隨著頻率增大而線性增加，這與圖3中正癸烷-水界面的變化趨勢相同，作用機制也相同。
圖5頻率對原油-水界面HABS（a）和PS（b）擴張模量的影響
圖6為PS和HABS在原油-水界面的lgε-lg f曲線的斜率。在原油-水界面，HABS的斜率與PS的斜率幾乎相同，都約為0.7。這與圖4中正癸烷-水界面的兩種表面活性劑的曲線斜率明顯不同。PS在原油-水界面的斜率值比在正癸烷-水界面的斜率值高，而HABS在原油-水界面的斜率值比在正癸烷-水界面的斜率值低。這是由于大慶原油的活性組分在界面上混合吸附，對界面膜的黏彈特性也有貢獻。大慶原油屬于輕質(zhì)原油，原油組分中小分子量的石油酸組分較多，尺寸較大的瀝青質(zhì)較少。小分子量原油活性組分在界面上的吸附，一方面降低了分子尺寸較小的HABS體系的黏性，一方面增大了分子尺寸較大的PS體系的黏性。因此，在原油-水界面，HABS和PS體系lgε-lg f曲線的斜率相差不大。
圖6原油-水界面HABS和PS溶液的lgε-lg f曲線的斜率值
2.2.2濃度的影響
圖7示出了PS和HABS在正癸烷-水界面和原油-水界面上擴張模量隨濃度的變化趨勢。總體來，隨著溶液濃度的增加，PS和HABS溶液的擴張模量都在降低。這是由于隨著溶液濃度增大，PS和HABS分子在界面與體相間的擴散-交換作用逐漸增強導致的。不管是在癸烷-水界面還是在原油-水界面，HABS的模量隨濃度都降低得更為明顯。含稠環(huán)結(jié)構(gòu)的石油磺酸鹽PS的分子尺寸較大，而重烷基苯磺酸鹽HABS的分子尺寸相對較小。在高濃度時，HABS分子在油/水界面的擴散-交換過程明顯變快，擴張模量值更低。
圖7不同含量的HABS和PS溶液在癸烷-水界面（a）和原油-水界面（b）的擴張模量
油水界面膜強度和界面張力是評價表面活性劑能否應(yīng)用于提升原油采收率生產(chǎn)實踐的兩個重要參數(shù)，較高的界面膜強度和較低的界面張力有利于地下原油的乳化和運移。已有研究表明，界面擴張模量一般是表面活性劑溶液濃度和界面張力的非單調(diào)函數(shù)。圖8示出了PS和HABS分子的界面擴張模量和界面張力的關(guān)系。可以看出，PS在正癸烷-水界面和原油-水界面都有較高的界面模量（16~55 mN/m），但其界面張力相對較高（2~17 mN/m）。相比之下，HABS表現(xiàn)出較好的降低界面張力的能力，能夠?qū)⒐锿?水界面張力和原油-水界面張力降低至約0.04 mN/m。值得注意的是，在原油-水界面，HABS體系的擴張模量也能達到2 mN/m，而HABS在癸烷-水界面的擴張模量則只有0.3 mN/m。這意味著HABS分子與原油活性組分間存在界面上的協(xié)同作用，在原油-水界面不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較低的界面張力，還能維持一定的界面膜強度。
圖8界面張力對癸烷-水和原油-水界面上HABS和PS擴張模量的影響
對于大多數(shù)表面活性劑而言，界面擴張模量隨著界面張力的降低而明顯減小，低界面張力體系一般具有較低的界面模量。當界面張力降低至10-2數(shù)量級時，界面模量甚至會接近零。在環(huán)己烷-鹽水界面，陰離子延展型表面活性劑C12PO14EO2SO4Na的界面張力能降低至2×10-3 mN/m，但擴張模量只有0.02 mN/m。非離子表面活性劑NEOP6-NPEO8混合物的界面張力低至8×10-3 mN/m，其擴張模量僅有0.07 mN/m。SDBS在輕質(zhì)原油-鹽水界面的界面張力能夠達到1.5×10-2 mN/m，而擴張模量只有0.12 mN/m。延展型非離子表面活性劑C18PO18EO10在十六烷-水界面的界面張力低至0.1 mN/m時，擴張模量為0.4 mN/m。在正癸烷-水界面，當延展型表面活性劑S-C13PO13S的界面張力降低至約0.2 mN/m時，其界面模量也遠低于1 mN/m。在環(huán)己烷-水界面，非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚NPEO6和NPEO8混合物的界面張力可以降低至0.000 3~0.01 mN/m，而其彈性模量僅0.02~0.1 mN/m。在環(huán)己烷-水界面，陰離子延展型硫酸鹽表面活性劑ExS的界面張力低至1×10-3 mN/m，其彈性模量僅有0.01 mN/m。SDBS-異丁醇混合體系在環(huán)己烷-水界面的界面張力低至4.5×10-3 mN/m，其彈性模量僅有0.025 mN/m。非離子表面活性壬基酚聚氧乙烯醚能夠?qū)⒃?水界面張力降低至2.5×10-4 mN/m，其彈性模量僅有0.02 mN/m。延展型陰離子硫酸鹽C12PO14EO2SO4能夠?qū)⒃?水界面張力降低至1×10-3 mN/m，其彈性模量僅有0.01 mN/m。相比之下，本研究中的重烷基苯磺酸鹽（HABS）不僅界面活性好而且具有一定的界面膜強度，在提高原油采收率方面有較大的潛力。
3結(jié)論
采用旋轉(zhuǎn)滴方法研究了重烷基苯磺酸鹽（HABS）和石油磺酸鹽（PS）在癸烷-水界面和原油-水界面的流變特性。根據(jù)實驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：
1）對于正癸烷和大慶原油，HABS的親水親油平衡能力比PS強，能將癸烷-水界面張力和原油-水界面張力降低至0.01 mN/m數(shù)量級。
2）HABS和PS的界面擴張模量隨著頻率增大而線性增加，界面主控弛豫過程的特征頻率高于0.1 Hz，快擴散-交換過程決定HABS和PS界面膜的性質(zhì)。
3）在癸烷-水界面，HABS和PS擴張模量-頻率雙對數(shù)曲線的斜率隨著濃度的增加而增加，分子尺寸較小的HABS擴散-交換更快，導致HABS的曲線斜率比PS高；在原油-水界面，小分子量的石油酸混合吸附，增大PS界面膜的黏性并降低HABS界面膜的黏性，導致HABS和PS的曲線斜率幾乎相同。
4）由于擴散-交換過程起主導作用，PS和HABS的界面擴張模量隨著溶液濃度的增加而降低。分子尺寸較小的HABS在油/水界面和體相間的擴散-交換更快，因此HABS的界面擴張模量在高濃度時降低得更明顯。
5）HABS與原油組分存在協(xié)同效應(yīng)，在將界面張力降低至0.01 mN/m數(shù)量級的同時，還能維持一定的界面膜強度，在提高原油采收率方面有較大潛力。