固载化AlCl3催化剂上重烷基苯的合成及性质研究

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重烷基苯磺酸盐(HABS)是近年来国内重点开发研究的性能优良、价格低廉的驱油用表面活性剂之一,在强化采油中占有极其重要的地位。目前国内三次采油用HABS表面活性剂所用原料为生产民用十二烷基苯的副产品——重烷基苯(HAB)。该原料虽然价格低廉,但是结构、组成复杂多变,后续生产的HABS驱油性能不够稳定,而且生产工艺采用HF为催化剂,具有严重的腐蚀、污染等问题。采用高效环保工艺、合成结构明确的重烷基苯磺酸盐表面活性剂对于国民经济的可持续发展具有重要意义。本文以芳烃与工业混合重烯烃(C14=-C18=)为原料,采用环境友好固载化AlCl3为催化剂进行烷基化反应合成HAB,磺化后获得HABS表面活性剂。考察了载体类型、反应条件及芳烃类型等对固载化AlCl3催化剂烷基化反应性能的影响;在最优催化剂和最佳反应条件下合成了C14-18直链烷基苯、甲基长链烷基苯及乙基长链烷基苯等一系列HAB,并对其合成的HABS结构及表面性质进行了研究。主要结果如下:(1)载体孔径对催化剂稳定性起主要作用,以介孔SiO2为载体制备的AlCl3/SiO2催化剂稳定性较好,在反应温度80℃、烯烃完全转化的情况下可以重复使用7次;在催化剂制备过程中,载体的预处理温度影响催化剂稳定性,在较低温度下预处理载体,氯化物固载量较高,有利于提高催化剂的使用寿命;提高原料中的苯/烯摩尔比,反应温度以及延长反应时间有利于提高催化剂稳定性。较优的苯与C14=-C18=烯烃烷基化反应催化剂为:40-60目、介孔SiO2为载体,200℃-200℃条件下制备的固载化AlCl3催化剂;最佳反应条件为:芳烃与烯烃摩尔比20:1,反应温度80℃,单釜反应时间为3h。(2)对固体酸催化剂上合成的HAB制备的HABS表面活性剂的表面张力和界面张力测定结果发现,HABS的临界胶束浓度cmc及表面张力γcmc随主链烷基碳数的增加而降低;带甲基附加基团的烷基苯磺酸钠降低油-水界面张力的能力最强,当其浓度为0.05%、氢氧化钠浓度为1.2%时,与大庆采油四厂原油的界面张力达到10-4mN/m,,具有超低界面张力。
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