了解Gemini表面活性劑的發(fā)展現(xiàn)狀；于掌握陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑BQAS的合成及純化方法；了解結(jié)構(gòu)表征的原理和方法；掌握表面性能和緩蝕性能的評(píng)價(jià)方法。

2實(shí)驗(yàn)原理

目前，季銨鹽型Gemini表面活性劑的合成方法主要有以下幾種:

用基團(tuán)連接兩個(gè)單長(zhǎng)鏈烷烴二甲基叔胺分子；

于在已有的N，N，N憶，N憶-四甲基烷基二胺中引入疏水基；

以含有環(huán)氧基團(tuán)的長(zhǎng)鏈烷基化合物與叔胺發(fā)生季銨化反應(yīng)，制得雙烷基雙親水基陽(yáng)離子型表面活性劑；

特殊結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑的合成:聯(lián)接基團(tuán)結(jié)構(gòu)特殊、疏水基團(tuán)特殊、非對(duì)稱(chēng)陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑、多烷基多季銨鹽型Gemini表面活性劑的合成。

本實(shí)驗(yàn)采用第一種方法，以N，N-二甲基十二烷基叔胺和1，4-二溴丁烷反應(yīng)，制備雙季銨鹽型Gemini表面活性劑BQAS。

表面張力的測(cè)定方法通常有:鉑金板法、鉑金環(huán)法、滴體積法、最大氣泡壓力法等。本實(shí)驗(yàn)采用鉑金板法測(cè)定表面活性劑水溶液的表面張力。

測(cè)定中，當(dāng)鉑金板浸入被測(cè)液體后，鉑金板周?chē)蜁?huì)受到表面張力的作用，液體的表面張力會(huì)將鉑金板盡量地往下拉。當(dāng)液體表面張力及其他相關(guān)的力與平衡力達(dá)到均衡時(shí)，鉑金板就會(huì)停止向液體內(nèi)部浸入，這時(shí)候，儀器的平衡感應(yīng)器就會(huì)測(cè)量浸入深度，并將其轉(zhuǎn)換為液體的表面張力值。

F(平衡力)=mg(鉑金板的重力)+L酌cos茲(表面張力總和)-Sh籽g(鉑金板受到的浮力)式中m為鉑金板的質(zhì)量，g為重力加速度，L為鉑金板的周長(zhǎng)，酌為液體的表面張力，茲為液體與鉑金板之間的接觸角，S為鉑金板橫切面面積，h為鉑金板浸入的深度，籽為液體密度。

根據(jù)Gibbs吸附等溫式及表面活性劑的酌-lgc曲線(xiàn)，可求得吸附量祝:

式中L為阿伏伽德羅常數(shù)。

酸化是油氣田增產(chǎn)增注的重要措施之一，在石油工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。酸化使用的酸液注入地層的過(guò)程會(huì)嚴(yán)重腐蝕地面管道及井筒管壁，而且Fe3+會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生永久損害，所以酸液中必須加入緩蝕劑。本實(shí)驗(yàn)參照《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》，采用靜態(tài)掛片法，對(duì)已提純的合成產(chǎn)物BQAS進(jìn)行緩蝕性能研究。掛片法是在實(shí)驗(yàn)室給定條件下，通過(guò)用試片的質(zhì)量損失計(jì)算出腐蝕速率和緩蝕率，來(lái)研究緩蝕劑緩蝕性能的方法。

腐蝕速率計(jì)算公式為:

3儀器與試劑

儀器:NEXUS470傅立葉紅外光譜儀，Bruker AVANCE III核磁共振儀，R-1002旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀，DZ-2BC真空干燥箱，JJ-1電動(dòng)攪拌器，恒溫水浴鍋，JK99B自動(dòng)張力儀，BS-210S電子天平，干燥器，N80鋼片(長(zhǎng)伊寬伊高=40mm伊13mm伊2mm)，醫(yī)用紗布，毛刷，醫(yī)用金屬鑷子，脫脂棉，綢子，鐵砂紙，250mL三口燒瓶1只，回流冷凝管等。

試劑:N，N-二甲基十二烷基叔胺(AR)，1，4-二溴丁烷(AR)，乙腈(AR)，乙酸乙酯(AR)，無(wú)水乙醇，石油醚(AR)，丙酮(AR)，鹽酸(AR)等。

4實(shí)驗(yàn)步驟

4.1雙季銨鹽BQAS的合成及純化步驟

按物質(zhì)的量比2.15:1取一定量的N，N-二甲基十二烷基胺和二溴丁烷，溶于一定量的乙腈溶劑，置于干燥的三口燒瓶中，升溫至回流溫度反應(yīng)24h，減壓蒸除溶劑。以混合溶劑(V(無(wú)水乙醇):V(乙酸乙酯)=1:5)重結(jié)晶2~3次，將所得白色固體在60益真空干燥，稱(chēng)重后計(jì)算產(chǎn)率。

4.2雙季銨鹽BQAS的結(jié)構(gòu)表征

用WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)定所得產(chǎn)物熔點(diǎn)；用NEXUS470傅立葉紅外光譜儀(KBr壓片)、BrukerAVANCE III核磁共振儀對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。

4.3溶液表面張力的測(cè)定

配置一系列不同濃度(10-5~10-2mol/L)的BQAS溶液，25益恒溫下用鉑金環(huán)法測(cè)定上述溶液的表面張力，繪制酌-lgc圖；按轉(zhuǎn)折點(diǎn)兩側(cè)直線(xiàn)部分外延，相交點(diǎn)的數(shù)據(jù)得到臨界膠束濃度(cmc)和臨界膠束濃度下的表面張力酌cmc。

4.4緩蝕性能評(píng)價(jià)

4.4.1鋼片預(yù)處理步驟

脫脂:將鋼片放入裝有石油醚的瓷瓶中，用尖端纏有脫脂棉的鑷子擦洗兩遍，脫脂除污。于脫油:將經(jīng)上述步驟處理的鋼片用丙酮浸泡5min脫油。脫水:經(jīng)上述步驟處理的鋼片用無(wú)水乙醇浸泡5~10min脫水。干燥:取出鋼片，用清潔的綢子擦拭，用冷風(fēng)吹干。將已擦拭吹干的鋼片依次用定性濾紙包裝，置于干燥器中干燥10h以上，然后用分析天平稱(chēng)重，精確至0.1mg。經(jīng)處理后的鋼片，不可用手直接接觸或受機(jī)械損傷及污染。

4.4.2實(shí)驗(yàn)步驟

配置不同BQAS濃度(0~250mg/L)的6%鹽酸溶液各200mL。在溶液中掛入處理過(guò)的鋼片，密封，并放入60益水浴鍋中。掛片4h后，從酸液中取出鋼片，立即用清水沖洗，去除酸液和疏松的腐蝕產(chǎn)物。

用毛刷和紗布擦拭鋼片表面的腐蝕產(chǎn)物，然后用自來(lái)水沖洗干凈，用醫(yī)用紗布擦干。將鋼片依次放入石油醚、丙酮、無(wú)水乙醇中各浸泡5min，取出鋼片用綢子擦拭，然后用冷風(fēng)吹干，放入干燥器中干燥4h以上。在分析天平上準(zhǔn)確稱(chēng)重(精確至0.1mg)并記錄。

5數(shù)據(jù)處理