中相微乳液形成及特性参数测定方法

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240046

摘要/Abstract

摘要：

中相微乳液是一种特殊的稳定分散体系，其组分主要包括表面活性剂、水和油。这种微乳液体系具有独特的三相共存特性，即能同时与剩余水相和剩余油相存在，形成复杂的相态结构，对于污染物的去除和处理具有潜在的应用价值。为了进一步指导工业生产中的微乳液配制和优化，为设计和开发新型、高效的表面活性剂提供指导，提出中相微乳液形成及特性参数测定方法。将油藏水溶液、固体碳酸钠、表面活性剂与聚合物碱水溶液及蒸馏水按照一定比例配制为成5种基础水样和4种工作水样，自制结构不同的6种烷基芳基磷酸盐，测定不同烷基链长、不同芳环位置以及不同温度影响下，中相微乳液特性参数。通过实验分析可知：该工作水样中存在纳米级中相微乳液液珠和纳米级细小中相微乳状液液珠的2个粒径分散群，在不加碱或者加碱浓度较低时由于工作水样接触原油进而形成了中相微乳液；水样时间为7~91 d时，原油与工作水样U0D3形成的中相微乳液液珠累计由97%降至87%，证明中相微乳液存在不稳定性；中相微乳液耐盐能力与烷基链长、芳基位置负相关，与温度变化正相关；增溶能力与烷基链长、芳基位置正相关，与温度变化负相关。

关键词: 石油, 磷酸盐, 中相微乳液, 特性参数

Abstract:

Mesophase micro lotion is a special stable dispersion system， whose components mainly include surfactant， water and oil. This microemulsion system has a unique three-phase coexistence characteristic， that is， it can exist with the remaining water phase and the remaining oil phase at the same time， forming a complex phase structure， which has potential application value for the removal and treatment of pollutants. In order to further guide the preparation and optimization of micro lotion in industrial production and provide guidance for the design and development of new and efficient surfactants， a method for the formation of mid phase micro lotion and the determination of its characteristic parameters was proposed. The reservoir water solution， solid sodium carbonate， surfactant， polymer alkaline water solution and distilled water were prepared into five basic water samples and four working water samples in a certain proportion， and six alkyl aryl phosphates with different structures were prepared. The characteristic parameters of mesophase micro lotion under the influence of different alkyl chain lengths， different aromatic ring positions and different temperatures were measured. It can be seen from the experimental analysis that there are two particle size dispersion groups in the working water sample， namely， the nanometer sized mesophase micro lotion liquid bead and the nanometer sized fine mesophase micro emulsion liquid bead. When no alkali is added or the concentration of alkali is low， the working water sample contacts the crude oil to form the mesophase micro lotion； When the water sample time is from 7 d to 91 d， the accumulated liquid droplets of mesophase micro lotion formed by crude oil and working water sample U0D3 are reduced from 97% to 87%， which proves that there is instability in the mesophase micro lotion， and the salt resistance of the mesophase micro lotion is negatively related to the alkyl chain length and the aryl position， and positively related to the temperature change； The solubilization ability is positively correlated with alkyl chain length and aryl position， and negatively correlated with temperature changes.

Key words: Petroleum, Phosphate, Medium phase microemulsion, Characteristic parameters

中图分类号:

O622.3

张相春, 毛恒博, 罗梓轩, 魏斌, 王靖华. 中相微乳液形成及特性参数测定方法[J]. 应用化学, 2024, 41(8): 1175-1183.

Xiang-Chun ZHANG, Heng-Bo MAO, Zi-Xuan LUO, Bin WEI, Jing-Hua WANG. Method for the Formation and Determination of Characteristic Parameters of Medium Phase Microemulsion[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2024, 41(8): 1175-1183.

图/表 8

表1 模拟水样的组成

Table 1 Water sample simulation configuration

Water sample	X	Y	Z	W	N
Reagent	Na₂CO₃， Na₂SO₄， NaCl	Na₂CO₃	Alkyl aryl phosphate （Effective substance concentration 40%， 6 types in total： NηC12-5P、NηC14-5P、NηC16-5P、ηC14-3P、ηC14-5P、ηC14-7P）	Na₂CO₃， Na₂SO₄， NaCl， PAM	H₂O
ρ/（mg·L^-1）	4 655.742， 11.316 27， 1 381.249	—	103260	4 655.742， 11.316 27， 1 381.249， 2 333	—

表2 工作水样配制比

Table 2 Working water sample configuration ratio

Water sample coding	The proportion of basic water samples in the working water volume
Water sample coding	X	Y	Z	W	N
U0D3	90	0	4	0	6
U1D3	90	0.5	4	0	5.5
U2D3	90	0.9	4	0	5.1
U3D3	90	1.3	4	0	4.7

图1 初始工作水样粒径分布图

Fig.1 Initial working water sample size distribution diagram

图2 吸光度测试结果

Fig.2 Absorbance test results

表3 第一分散粒径群的累计分布与最大粒径情况

Table 3 Cumulative distribution and maximum particle size of the first dispersed particle size group

Water sample time/d	Maximum particle size/nm				Accumulation of liquid droplets in mesophase micro lotion/%
Water sample time/d	U0D3	U1D3	U2D3	U3D3	U0D3	U1D3	U2D3	U3D3
0	58.8	73.8	246.8	235.6	97	78	100	100
7	57.3	116.6	67.8	68.2	97	76	94	94
14	59.8	78.8	65.7	69.6	96	69	93	86
21	61.6	81.8	62.6	73.7	96	69	94	94
28	65.8	74.4	83.8	67.8	95	83	93	95
35 d	67..4	76.2	53.8	67.8	95	89	93	92
49	68.8	74.4	68.5	85.8	92	87	92	83
63	68.8	73.1	67.1	77.5	90	93	95	94
77	69.9	78.9	89.8	97.6	89	91	89	93
91	66.3	67.8	66.4	73.1	87	89	93	95

表4 烷基芳基链长不同中相微乳液特性参数

Table 4 Characteristic parameters of mid-phase microemulsions with different alkyl aryl chain lengths

Related characteristic parameters	NηC12-5P	NηC14-5P	NηC16-5P
P₁/%	1.1	0.9	0.8
P₂/%	2.1	1.8	1.6
ΔP/%	1.1	0.8	0.9
P^*/%	1.6	1.36	1.2
VM^*/mL	1.99	2.91	2.18
$?$ ^*/（mL·g^-1）	6.378	9.444	10.344

表4 烷基芳基链长不同中相微乳液特性参数

Table 4 Characteristic parameters of mid-phase microemulsions with different alkyl aryl chain lengths

Related characteristic parameters	NηC12-5P	NηC14-5P	NηC16-5P
P₁/%	1.1	0.9	0.8
P₂/%	2.1	1.8	1.6
ΔP/%	1.1	0.8	0.9
P^*/%	1.6	1.36	1.2
VM^*/mL	1.99	2.91	2.18
$?$ ^*/（mL·g^-1）	6.378	9.444	10.344

表5 芳基位置不同烷基芳基中相微乳液特性参数

Table 5 Characteristic parameters of alkyl aryl mid-phase microemulsion with different aryl positions

Related characteristic parameters	ηC14-3P	ηC14-5P	ηC14-7P
P₁/%	2.1	1.6	0.6
P₂/%	4.6	3.6	2.5
ΔP/%	2.6	2.1	2.0
P^*/%	3.36	2.61	1.56
VM^*/mL	2.46	2.78	3.31
$? *$ /（mL·g^-1）	4.61	5.68	7.44

表5 芳基位置不同烷基芳基中相微乳液特性参数

Table 5 Characteristic parameters of alkyl aryl mid-phase microemulsion with different aryl positions

Related characteristic parameters	ηC14-3P	ηC14-5P	ηC14-7P
P₁/%	2.1	1.6	0.6
P₂/%	4.6	3.6	2.5
ΔP/%	2.6	2.1	2.0
P^*/%	3.36	2.61	1.56
VM^*/mL	2.46	2.78	3.31
$? *$ /（mL·g^-1）	4.61	5.68	7.44

表6 不同温度影响下中相微乳液特性参数

Table 6 Characteristic parameters of mid-phase microemulsion under the influence of different temperatures

Related characteristic parameters	30 ℃	40 ℃	50 ℃	60 ℃
P₁/%	—	1.51	1.61	1.71
P₂/%	—	3.41	3.61	4.11
ΔP/%	—	1.81	2.11	2.51
P^*/%	—	2.46	2.61	2.91
VM^*/mL	—	1.93	1.78	1.63
$? *$ /（mL·g^-1）	—	6.197	5.681	5.177

表6 不同温度影响下中相微乳液特性参数

Table 6 Characteristic parameters of mid-phase microemulsion under the influence of different temperatures

Related characteristic parameters	30 ℃	40 ℃	50 ℃	60 ℃
P₁/%	—	1.51	1.61	1.71
P₂/%	—	3.41	3.61	4.11
ΔP/%	—	1.81	2.11	2.51
P^*/%	—	2.46	2.61	2.91
VM^*/mL	—	1.93	1.78	1.63
$? *$ /（mL·g^-1）	—	6.197	5.681	5.177

参考文献 15

1	LU B， LIU N， LI H， et al. Quantitative determination and characteristic wavelength selection of available nitrogen in coco-peat by NIR spectroscopy［J］. Soil Till Res， 2019， 191： 266-274.
2	李世江，闫淑芳，陈伟东，等. 磷酸盐体系正向电压对ZrH_（1.8）表面阻氢陶瓷层的影响［J］. 稀有金属， 2019， 43（8）： 831-837.
	LI S J， YAN S F， CHEN W D， et al. ZrH1.8 Surface resistance ceramic layer in phosphate system under different forward voltages［J］. Chin J Rare Met， 2019， 43（8）： 831-837.
3	朱宝伟，陈红，刘海燕，等. 微通道混合器的研制及在微乳液制备中的应用［J］. 化学试剂， 2019， 41（6）： 566-571.
	ZHU B W， CHEN H， LIU H Y， et al. Development of microchannel mixer and application in preparation of microemulsion［J］. Chem Reag， 2019， 41（6）： 566-571.
4	ZHANG S， ZHANG Y. Characteristic analysis and calculation of frequencies of voltages in out-of-step oscillation power system and a frequency-based out-of-step protection［J］. IEEE Trans Power Syst， 2019， 34（1）： 205-214.
5	BEHRENSDORF-NICOL H A， EMINA W， URSULA B， et al. In vitro potency determination of botulinum neurotoxin serotype A based on its receptor-binding and proteolytic characteristics［J］. Toxicol In Vitro， 2018， 53： 80-88.
6	FERNANDEZ-PUMAREGA A， SUSANA AMÉZQUETA， FUGUET E， et al. Determination of the retention factor of ionizable compounds in microemulsion electrokinetic chromatography［J］. Anal Chim Acta， 2019， 1078： 221-230.
7	CHERAGHI M， BAYATI BOOIN M， MAHMOUDIAN ESFAHANI M， et al. Determination of torque-speed characteristic for a two-speed elevator induction machine［J］. IET Electr Power Appl， 2018， 12（2）： 239-246.
8	陆玲，孙志高，周麟晨，等. 石蜡/油酸钠/己醇/水微乳液的制备及性能研究［J］. 化学研究与应用， 2019， 31（6）： 1220-1224.
	LU L， SUN Z G， ZHOU L C， et al. Preparation and properties of paraffin/sodium oleate/hexanol/water microemulsion［J］. Chem Res Appl， 2019， 31（6）： 1220-1224.
9	罗明良，司晓冬，杨宗梅，等. 连续油管缓蚀用微乳液的制备与性能［J］. 精细化工， 2018， 35（10）： 1758-1764.
	LUO M L， SI X D， YANG Z M， et al. Preparation and performance of microemulsion for corrosion inhibition of coiled tubing［J］. Fine Chem， 2018， 35（10）： 1758-1764.
10	RUITAO C， YUTENG L， GUO Z， et al. In situ preparation and luminescence properties of CaWO₄ and CaWO₄∶Ln （Ln=Eu³⁺， Tb³⁺ ） nanoparticles and transparent CaWO₄∶Ln/PMMA nanocomposites［J］. J Lumin， 2018， 202： 65-70.
11	ZHOU L， HE S， ZHAO Y， et al. Single channel identification in a meandering river with compound channels［J］. Oil Geophys Prospect， 2019， 54（1）： 175-181.
12	HALIM M A， FRANCK B， TRISTAN D， et al. Direct determination of molecular weight distribution of calf-thymus DNAs and study of their fragmentation under ultrasonic and low-energy IR irradiations. a charge detection mass spectrometry investigation［J］. Rapid Commun Mass Spectrom， 2018，33（1）： 12-25.
13	张丽芳，梁善庆，张龙飞，等. 镁铝水滑石复配三聚氰胺磷酸盐制备阻燃中密度纤维板的工艺［J］. 木材工业， 2018， 32 （171）： 11-14.
	ZHANG L F， LIANG S Q， ZHANG L F，et al. Manufacturing parameters for fire-retardant medium density fiberboard with magnesium-aluminum layered double hydroxide and melamine phosphate［J］. China Wood Ind， 2018， 32（171）： 11-14.
14	YANG J， JIA X C， WEI X， et al. tectonic characteristics and its hydrocarbon control in the block A， Indus basin［J］. Soil Geophys Prosp， 2019， 54（2）： 417-422.
15	YANG S， LU J， YANG C. Multi-wave AVO responses in fractured tight sandstone［J］. Oil Geophys Prospect， 2018， 53（4）： 798-804.

[1]	杨雪艳, 史俊杰, 周勇军, 戴玉梅, 李红周. 磷系阻燃剂插层镁铝水滑石增强环氧树脂的阻燃性能[J]. 应用化学, 2024, 41(8): 1154-1167.
[2]	卢紫微, 刘永福, 罗朝华, 孙鹏, 蒋俊. Cr³⁺掺杂的宽带近红外荧光粉研究进展[J]. 应用化学, 2024, 41(3): 328-339.
[3]	史俊杰, 史哲航, 李红周. 磷系阻燃剂插层镁铝型水滑石复合物的制备及其在热塑性聚氨酯中的阻燃应用[J]. 应用化学, 2023, 40(9): 1288-1301.
[4]	郭颖华, 周顺发, 李静, 蔡卫卫. 过渡金属磷酸盐电解水催化剂调控策略研究进展[J]. 应用化学, 2023, 40(8): 1094-1108.
[5]	朱德钦, 生瑜, 郑守扬, 童庆松. 三聚氰胺聚磷酸盐/季戊四醇配比、协效剂组及表面改性对聚丙烯基木塑复合材料的膨胀阻燃影响[J]. 应用化学, 2019, 36(6): 649-657.
[6]	朱浩天, 李晓辉, 白建萍, 卢明达, 安悦, 由万胜. 铜配合物修饰的Dawson型钨磷酸盐的合成、晶体结构和催化性能[J]. 应用化学, 2015, 32(4): 433-441.
[7]	刘昭宇, 朱浩天, 卢明达, 李晓辉, 安悦, 张澜萃. 有机阳离子修饰的Strandberg型钼磷酸盐的合成、催化性能[J]. 应用化学, 2015, 32(2): 214-220.
[8]	张艳梅, 段成茜, 高作宁. 双酚A在SDS现场自组装膜与[bupy]PF₆复合修饰碳糊电极上的电催化氧化及电分析方法[J]. 应用化学, 2012, 29(03): 353-358.
[9]	谢斌, 赖川, 相阳光, 邹立科, 向珍, 黄春, 易彬. O,O′-二(4-甲苯基)二硫代磷酸-N,N-二乙铵的晶体结构、热稳定性及缓蚀性[J]. 应用化学, 2012, 29(02): 200-208.
[10]	蔡羽, 杜涛, 赵胜利, 高春芳. 磷酸盐洗脱液再生IMAC-Cu蛋白质芯片[J]. 应用化学, 2011, 28(02): 219-223.
[11]	张王兵. 磷酸盐缓冲介质电化学氢化物发生原子荧光法测定环境样品中的锑[J]. 应用化学, 2009, 26(6): 738-741.
[12]	陈长宝, 吴春辉, 周杰. 6-氯-2-氨基嘌呤核苷酸的合成、光谱性质及生化评价的研究[J]. 应用化学, 2009, 26(10): 1200-1205.
[13]	杨丽格, 周泊, 陆天虹, 蔡称心. 稀土磷酸盐纳米发光材料的研究进展[J]. 应用化学, 2009, 26(1): 1-6.
[14]	张洪波, 王轶敏,姜静, 崔光, 赵磊, 邵晶, 苏春辉. 钕掺杂磷酸盐微晶玻璃的制备及表征[J]. 应用化学, 2009, 26(08): 948-951.
[15]	岳湘安, 侯吉瑞, 吕鑫, 张立娟. 驱油剂界面特性和流变性对石油采收率的综合影响[J]. 应用化学, 2008, 25(8): 904-908.