一种多磺酸基表面活性剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多磺酸基表面活性剂及其制备方法和应用，方法包括：1)将双季戊四醇溶于第一溶剂，加入三乙胺搅拌加热至50～60℃，边搅拌边滴加全氟戊酰氟，后继续升温至75～85℃，搅拌反应4～6h，产物洗涤后萃取，得淡黄色固体；2)将淡黄色固体溶于第二溶剂，待全部溶化后加入氢氧化钠在25～35℃下搅拌反应0.5～1h，再加入磺酸盐溶液并升温到75～85℃，保温一段时间后将反应产物进行抽滤，得固体为产物；3)将得到的固体产物加入催化剂和第三溶剂，并滴加二异氰酸酯，反应温度为40～60℃，反应3～5h，真空干燥，得到多磺酸基表面活性剂。该表面活性剂解决了因氟碳片段短而表面活性不够高的问题，该表面活性剂用作化学驱油剂提高了三次采油中原油的采收率。

【技术实现步骤摘要】
一种多磺酸基表面活性剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及多磺酸基表面活性剂
，具体涉及一种多磺酸基表面活性剂及其制备方法和应用
技术介绍
近年来国内外所研制氟碳碳表面活性剂主要是全氟辛基磺酰基化合物(PFOS)，但由于PFOS的降解性差，已被各国陆续禁止使用。氟碳表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中表面活性最高的一种。它的高表面活性一方面能使水(或有机溶剂)的表面张力降低至很低的数值，另一方面表现在用量很少，即可发挥显著的作用。另外，氟碳表面活性剂还具有极高的稳定性、“二憎”特性、环境相容性等特性。因此，氟碳表面活剂在三次采油领域具有很大的应用潜力，具有广阔的应用前景和市场价值，是目前国内众多科研单位及油田化学工作者竞相研究的课题。氟碳表面活性剂能提高和改善地层岩石的润湿性、渗透性、扩散性及原油的流动性，用做化学驱油剂以提高采收率。目前大量使用的是C8或更长碳氟链CXF2X+1(X>8)的氟碳表面活性剂，由于碳氟链长且呈惰性而在自然界中降解速率较慢，还易在动植物体内富集而对环境造成了非常大的危害，因此，禁止使用此类表面活性剂已成为人们必须面对的问题。针对目前氟碳表面活性生产与应用的不足，需要开发新的非全氟辛基类的氟碳表面活性剂。
技术实现思路
针对氟碳表面活性剂具有的优良特性和三次采油等对表面活性剂的特殊要求，本专利技术的目的在于提供一种多磺酸基表面活性剂及其制备方法和应用。为了避免环境污染，本专利技术选择了含有短碳链的全氟戊酰氟为基础的氟表面活性剂，并通过二异氰酸酯连接生成氟碳双子甜菜碱表面活性剂。此专利技术明显解决了因氟碳链段较短而表面活性不够高的问题，该二异氰酸酯交联型氟碳双子甜菜碱表面活性剂用作化学驱油剂提高了三次采油中原油的采收率。本专利技术所采用的技术方案是：一种多磺酸基表面活性剂，所述多磺酸基表面活性剂结构式为：一种多磺酸基表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：1)将双季戊四醇溶于第一溶剂，加入三乙胺搅拌加热至50～60℃，边搅拌边滴加全氟戊酰氟，后继续升温至75～85℃，搅拌反应4～6h，产物洗涤后萃取，得淡黄色固体；2)将淡黄色固体溶于第二溶剂，待全部溶化后加入氢氧化钠在25～35℃下搅拌反应0.5～1h，再加入磺酸盐溶液并升温到75～85℃，保温一段时间后将反应产物进行抽滤，得固体为产物；3)将得到的固体产物加入催化剂和第三溶剂，并滴加二异氰酸酯，反应温度为40～60℃，反应3～5h，真空干燥，得到“镜面”结构的多磺酸基表面活性剂。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，所述双季戊四醇与全氟戊酰氟的摩尔比为1:(3～3.2)。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，所得产物先用HCl溶液洗涤，再用NaHCO3溶液洗涤，经水洗后用乙醚萃取，经分液分离得到上层有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体；所述HCl和NaHCO3的浓度均为5wt％。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，所述第一溶剂为二甲基甲酰胺。作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，所述磺酸盐为3-氯-2羟基丙磺酸钠，所得淡黄色固体与3-氯-2羟基丙磺酸钠的摩尔比为1:(2～2.2)；作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，所述的第二溶剂为二甲基亚砜。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，添加量质量分数为0.5wt％。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，所述的第三溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，第三溶剂的质量占比70～80wt％。一种多磺酸基表面活性剂作为超低界面张力驱油剂的应用，用于三次采油时，所述表面活性剂浓度为0.05wt％～0.25wt％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术选择全短碳链的全氟戊酰氟为基本原料来开发的替代品，并通过二异氰酸酯连接生成氟碳双子甜菜碱表面活性剂。生成的氟碳双子甜菜碱表面活性剂一方面可以补充因氟碳片段短而表面活性不够高的问题,另一方面降低或避免了其对环境的危害，并达到全氟长链氟表面活性剂的效果。附图说明：图1实施例3中所得“镜面”结构多磺酸基表面活性剂合成机理图；图2实施例3中所得“镜面”结构多磺酸基表面活性剂的核磁氢谱；图3实施例3中所得“镜面”结构多磺酸基表面活性剂的界面张力图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一种多磺酸基表面活性剂，该表活剂具有以下结构式：具体的，一种多磺酸基表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将双季戊四醇溶于二甲基甲酰胺得到双季戊四醇溶液，加入三乙胺搅拌加热至50～60℃，边搅拌边滴加全氟戊酰氟。其中所述双季戊四醇与全氟戊酰氟的摩尔比为1:(3～3.2)。滴加完毕，继续升温至75～85℃，搅拌反应4～6h。所得产物先用5％HCl溶液洗涤2次，再用5％NaHCO3溶液洗涤1次，经水洗后用乙醚萃取，经分液分离得到上层有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体。(2)将步骤1中所得到的淡黄色固体溶于二甲基亚砜(DMSO)加入到四口烧瓶中，待全部溶化后加入约2g的粉末状氢氧化钠在25～35℃下搅拌反应0.5～1h，然后将溶有3-氯-2羟基丙磺酸钠的二甲基亚砜溶剂的溶液一次加入四口瓶中并升温到75～85℃，其中所得淡黄色固体与3-氯-2羟基丙磺酸钠的摩尔比为1:(2～2.2)，保温一段时间后将反应产物进行抽滤，液体为二甲基亚砜和碱的混合物，固体为产物。(3)将步骤2中的固体产物和0.5wt％二月桂酸二丁基锡的混合物加入烧瓶，加入70wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶剂，缓慢滴加六亚甲基二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯和产物I的摩尔比为1：2，40～60℃，反应3～5h，真空干燥，得到“镜面”结构的多磺酸基表面活性剂(产物Ⅱ)。将“镜面”结构的多磺酸基表面活性剂(产物Ⅱ)配置成一系列表面活性剂水溶液，使之与模拟原油构成油/水界面体系，在45℃，转速8500r/min，用旋转滴界面张力仪测定体系的界面张力。将“镜面”结构的多磺酸基表面活性剂(产物Ⅱ)用矿化水配置为不同浓度的水溶液(0.05％～0.35％)，总矿化度为15000mg/L。岩芯(实验用岩芯，长10cm，直径2.5cm，)抽真空，用原油饱和，计量饱和吸附原油量。向岩心注水进行水驱实验，到水驱采收率稳定不变时，计量驱出油量。然后注入一定浓度含氟羧基表面活性剂(驱油剂)，进行驱油剂驱油实验。以下结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明：实施例1在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝管(上端装一无水CaCl2干燥管)干燥的250mL四口烧瓶中，将双季戊四醇溶于二甲基甲酰胺得到双季戊四醇溶液，加入三乙胺搅拌加热至55℃，边搅拌边滴加全氟戊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多磺酸基表面活性剂，其特征在于，所述多磺酸基表面活性剂结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种多磺酸基表面活性剂，其特征在于，所述多磺酸基表面活性剂结构式为：





2.一种多磺酸基表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将双季戊四醇溶于第一溶剂，加入三乙胺搅拌加热至50～60℃，边搅拌边滴加全氟戊酰氟，后继续升温至75～85℃，搅拌反应4～6h，产物洗涤后萃取，得淡黄色固体；
2)将淡黄色固体溶于第二溶剂，待全部溶化后加入氢氧化钠在25～35℃下搅拌反应0.5～1h，再加入磺酸盐溶液并升温到75～85℃，保温一段时间后将反应产物进行抽滤，得固体为产物；
3)将得到的固体产物加入催化剂和第三溶剂，并滴加二异氰酸酯，反应温度为40～60℃，反应3～5h，真空干燥，得到“镜面”结构的多磺酸基表面活性剂。


3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述双季戊四醇与全氟戊酰氟的摩尔比为1:(3～3.2)。


4.根据权利要求2所述制备方法，步骤1)中，所得产物先用HCl溶液洗涤，再用NaHCO3溶液洗涤，经水洗后用乙醚萃取...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，王江涛，杨晓武，李刚辉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61