表面活性剂已经广泛应用于日常生活.doc

西北民族大学 化工学院 学院（部）期末考试 表面活性剂 方案（ A） 每位学生自选题目，查阅文献,写一篇综述性论文，字数不少于3000字（要求： 1.中文摘要,关键词,英文摘要,keyword,参考文献写全;2.参考文献不少于20篇，其中外文文 献不少于5篇，并附引用外文文献的Abstract及出处）。得 分评卷人 一中文摘要及关键词、英文摘要及keyword（40分 ） 得 分评卷人二正文部分（40分）得 分评卷人三参考文献（20分）摘要The spreading of droplet take placed when the surfactant-laden thin liquid films in the preset film or solid substrate, which is remarkably changed with the interface variation of solutions by the effect of surfactant. The spreading of surfactant solutions demonstrates the complex fingering phenomena and Marangoni effect, with strong nonlinear characteristics.The spreading process of surfactant solutions is captured by the disjoining pressure when the film thickness is less than roughly 100nm. It plays an acceleration or delay role in the spreading with different disjoining pressure models. The disjoining pressure controls the stability and wettability of the liquid film, and influences the dry spots formation speed obviously.Firstly, a reasonable disjoining pressure model of non-uniform is suggested, combining the non-uniform spreading characteristic of surfactant solution by microscopic molecular dynamics, surface colloid chemistry and macro fluid dynamics. Secondly, the theoretical model and the nonlinear three evolution equations for the film thickness and surface and bulk surfactant concentrations are derived on the base of diffusion theory, boundary theory and lubrication theory. Lastly, the procedure of PDECOL is used to perform the numerical simulation of the evolution equations when= 0,=（ h） and=( h , hx , hxx), which using finite element for space discretization and Gears method in time. Effects of several parameters as capillary parameter, kinetic parameter and surfactant solubility on the profile of film thickness and surfactant concentrations are examined. The paper has considered the different influence of surfactant concentration on intermolecular repulsive and attractive forces. Linear stability is investigated for the evolution equation with the non-modal theory method by calculating the disturbance energy growth ratio and transient energy growth ratio. It not only improves the basic theory in the field, but also promotes the application of surfactant solutions, and the further prospects are suggested.关键字： soluble surfactant spreading disjoining pressure theoretical model evolution equation non-modal theory前言：我国是一个农业大国，农业的发展不但是国民经济的主要组成部分，同时对“三农”问题的解决至关重要。随着现代工业的发展，为农业现代化提供了技术支持，如低毒高效农药，各种复合肥料和专用肥料以及现代化耕作机械，同时也使部分土地和水域受到了比较严重的污染，修复被污染的土壤和水系，使近年来表面活性剂在农业技术领域研究的热点。1什么是表面活性剂 合成表面活性物、天然活性物、固体超细粉末是三种常见的表面活性物,而合成表面活性物是我们最常用到的。合成表面活性物也就是我们常说的工业中常用的表面活性剂,它包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性离子表面活性剂。本文对于其他两类表面活性物不做讨论。 就表面活性剂来说,虽然不同的表面活性剂具有不同的机构和极性基团,在不同的介质中其特性也有不同的表现,但是,通过对表面活性剂的深入研究,我们仍然可以发现其中的共同特性。在界面上的吸附的趋向性和在各种条件下形成的具有不同结构的分子聚集体是表面活性剂的两个最为重要的特征。 2 表面活性剂的概念既然说到表面活性剂的应用，那么首先要知道表面活性剂的定义，我们通常是这样定义：凡是在低浓度下吸附于体系的两相界面上，改变界面性质并显著降低界面能并通过改变界面状态，从而产生润湿与反润湿，乳化与破乳，起泡与消泡以及在较高浓度下产生增容的物质称为表面活性剂。表面活性剂是一类具有一定功能特性的化合物，是一类专用化学品。它通常不作为最终制品或商品直接与使用者或消费者见面，而是作为最终制品或某种商品的一个重要组分加入以应用。由表面活性剂可以配制多种最终制品或商品，如洗涤剂、润湿剂、渗透剂、乳化剂、破乳剂、消泡剂、分散剂等。这些制品或商品是按一定的配方调制的产品，其必要组分是表面活性剂，出表面活性剂外，还有助剂、促进剂，其配方的目的是提高表面活性剂的功能。3 表面活性剂的应用表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用，使得它有以下几方面的实际应用11。一 表面活性剂的基本功能及用途表面活性剂的基本性质是表面界面定向吸附, 降低表面界面张力, 形成胶束,由此而产生一些基本功能润湿、渗透由于表面活性剂降低液固界面张力。泡沫由于表面活性剂降低气一液界面张力, 在气、液界面形成紧密排列的双层吸附膜12。乳化、分散由于降低液一液、液一固界面张力。增溶由于胶束形成。洗涤去污上述功能的综合作用。具有这些基本功能的表面活性剂相应地可用作润湿剂, 渗透剂、再润湿剂、发泡剂、稳泡剂、乳化剂、分散剂、增溶剂、洗涤剂、清洗剂等。二 表面活性剂的派生功能及用途由表面活性剂的基本性质和基本功能可以产生多种派生功能, 主要有以下一些柔软、平滑、匀染、缓染、抗静电、杀菌、防霉、防腐、防锈、缓蚀、消泡、破乳、凝聚、增稠、降粘、防水、防油、驱油、减水、加气、捕集、浮选、光亮、整平电镀、防结块、防结晶、增塑、抗氧化、催化、离子交换等。这些功能产生的主要原因是由于表面活性剂的界面吸附, 在界面上形成表而活性剂的分子膜, 使界面减摩、润滑, 或保护界面, 使不与其它分子如水、油、空气等接触, 有的则是由于离子性质, 不同电荷离子相互吸引, 同电荷离子相互排斤所产生, 有的原因还不清楚13。具有这些派生功能的表面活性剂相应地可用作纺织柔软剂、匀染剂、抗静电剂、杀菌剂、防锈剂、消泡剂、破乳剂、增稠剂、防水剂、驱油剂、电镀添加剂、催化剂等。三 工业非民用应用领域表面活性剂非民用应用领域十分广泛, 遍及各方面, 主要部门有工业清洗、金属工业、纺织印染、汗料、颜料、染料、造纸、皮革、塑料、橡胶、建筑、建材、化工、采矿、石油、医药、化妆品、食品、感光、农药、农业、微生物、环保、能源、分析化学、有机合成等14。 下面，就其中某些方面做一些详细介绍。在造纸工业中表面活性剂可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等15。表面活性剂在医药行业也有广泛应用,在药剂中,一些挥发油、脂性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度;在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用,其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋质的强烈相互作用使之变性或失去功能,这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度,根据使用浓度,可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒;药剂制备过程中,它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。在农药行业,可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂,如可湿性粉剂中原药多为有机化合物,具有憎水性,只有在表面活性剂存在的条件下,降低水的表面张力,药粒才有可能被水所润湿,形成水悬液;而且在粒剂及供喷粉用的粉剂中,有的也含有一定量的表面活性剂,其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量,提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积,提高防病、治病效果。石油工业中的表面活性剂,它们大多数是多种表面活性剂与溶剂的混合物,根据其不同的性质,表面活性剂可用做油田的酸液缓速剂、稠化剂、悬浮剂、防堵剂、粘土处理剂、表面张力降低剂等。除此之外，化学驱已经成为正在发展的三次采油(EOR) 提高采收率的主要方法，而化学驱中表面活性剂驱使最适合三次采油的。因为它基本上不受含水率搞的限制，可获得很高的水驱残余油采收率。从技术角度上来说，目前只是温度和含盐度还有一定的限制，其它限制都属于经济问题，随之技术的提高，成本的降低，其适用范围会大大展宽16。含氟表面活性剂从结构上也可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型4 类。而某一类型的表面活性剂又根据所含基团结构不同可形成各种系列的产品17。含氟表面活性剂应用领域广阔, 从化学工业、机械工业、电子工业到纺织印染工业、皮革工业、橡胶塑料业、涂料油墨业以及石油、煤炭、采矿和造纸等都有广泛应用, 它可用作防污耐侯耐久性涂料、模具脱模剂、涂料助剂、流平剂、颜料分散剂、塑料和橡胶等表面改性剂、防水剂、防油剂和防污剂等18,19。而纺织印染工业已成为含氟表面活性剂最大的应用领域, 越来越多的新材料要求具有防污、易去污的性能, 在高分子天然材料和合成材料的表面进行氟化改性已成为国内外复合材料领域的研究热点20。 表2 含氟表面活性剂的特性与应用21,22,23,24Tab.2 Application and speciality of fluorosurfactant类型组合物主要特性应用领域阴离子全氟烷基羧酸盐型渗透性、润湿性、乳化性、分散性、水溶性、增溶性、起泡性、润滑性、抗静电性、耐药品性、耐热性、流平性、脱模性、降低表面张力洗涤剂、胶乳、涂料、颜料添加剂、乳化剂、分散剂、润湿剂、灭火剂、起泡剂、防静电剂、润滑添加剂、铬雾抑制剂、金属塑料蚀刻添加剂、流平剂、脱模剂、纸张防油处理剂阳离子全氟烷基季铵盐型全氟烷基胺化物型渗透性、乳化性、分散性、起泡性、抗静电性、耐水性、憎油性、杀菌性、防锈性、脱模性、降低表面张力洗净剂、涂料、颜料添加剂、油墨添加剂、乳化剂、润湿剂、防水防油剂、纸张皮革纤维加工添加剂、流平剂、电镀浴添加剂、浮选剂、金属缓蚀添加剂、耐腐蚀抑制剂、铺展剂、脱模剂非离子全氟烷基EO 加成物全氟烷基酰胺类型非解离性全氟烷基化合物类渗透性、润湿性、乳化性、分散性、水溶性、低起泡性、抗静电性、油溶性、流平性、脱模性、降低表面张力洗净剂、涂料、颜料添加剂、乳化剂、润滑油与防锈油添加剂、润湿剂、流平剂、铺展剂、抗静电剂、石油捕集剂、脱模剂两性型全氟烷基甜菜碱型全氟烷基氧化胺型渗透性、润湿性、分散性、水溶性、憎油性、起泡性、抗静电性、防锈性、流平性、杀菌性、降低表面张力灭火剂、乳化剂、分散剂、纤维和树脂工业用添加剂、增泡剂、稳泡剂、金属缓蚀添加剂、润湿剂、石油捕集剂18表面活性剂在水质分析领域也有所应用。一般情况下水中各种离子含量不高, 因此对于水中各种离子的简便而快速的分析方法通常选用分光光度法。近年来人们致力于以表面活性剂提高分光光度法的灵敏性和选择性, 使得许多高灵敏体系相继问世, 对某些试验条件适应范围更大, 准确度进一步提高, 取得了令人注目的成果。具体情况见表3表3 表面活性剂在水质分析领域的应用情况25离子型表面活性剂 离子型表面活性剂具有离子交换性, 可用作离子交换剂或离子载体。作为液体离子交换剂的表面活性剂有伯、仲、叔胺和季按盐, 为阴离子交换剂, 硝酸醋、高分子量竣酸及烷基苯磺酸等, 为阳离子交换剂, 在分析化学中, 它们可用于萃取、萃取色层分析。离子交换型液膜电极中, 离子型表面活性剂可用作交换剂, 如用甲基三辛酞按作交换剂, 一癸酸作溶剂的有机酸甲酸、乙酸、乙二酸、苯甲酸、水杨酸等电极26。表面活性剂在分析化学各领域, 如光度分析、发光分析、容量分析、极谱与伏安法、离子电极、原子吸附、色谱分析、分析与富集等用作增效试剂, 获得良好效果。有人建议统称“ 增效分析法” 。4表面活性剂的发展展望 我国表面活性剂工业近十年来发展迅速,已成为国民经济和人民生活不可缺少的重要领域。天然表面活性物在生物和医学上的潜在应用,使得人们对表面活性剂的研究迈向一个新的台阶。 4.1民用洗涤剂的发展 民用洗涤剂的基本原料发展趋势是:基本品种仍然是阴离子LAS、FAS、AOS、AES,非离子AEO和APE。从洗涤活性物发展看,醉系表面活性剂将占主导地位。美国、西欧、日本醉系总用量达100万吨/年以上,其中美国43万吨、日本18万吨、西欧43.6万吨,都分别超过了本国LAS的用量。今后较长一段时间内LAS和醉系产品仍然是主要表面活性剂。新开发和有发展前途的品种有SAS、MES、AOS以及非离子烷基多糖昔(APG)等。1990年日本AOS的耗用量达3.2万吨,并且仍将继续发展。美国、德国、日本都在扩大MES的规模,他们分别利用东南亚天然油脂资源,兴建和扩建脂肪酸甲醋工厂。日本狮子公司在国内建成7万吨/年甲醋和1万吨/年MES工厂。欧美和日本都在重视发展APG,世界产量约3万吨。它是以纯天然淀粉的葡萄糖为原料制成的产品。从配方设计的发展看,重垢衣用液体洗涤剂由原来含大量非离子活性物的无助剂产品改进为采用阴离子与非离子(31)复配物,增加了LAs和AEs用量。另一方面是提高低温去污力,开发低温漂白剂和加酶技术。研究液体洗涤剂加酶技术、解决酶稳定性问题、选择酶与活性物的最佳配伍、减少酶活性的降低,开发脂肪酶和纤维素酶在液体洗涤剂中的应用、积极研制浓缩无水重垢液体洗涤剂的配制技术,这将是液体洗涤剂配方研制的发展趋势。 4.2工业表面活性剂的发展 近年来,国外工业表面活性剂发展很快,品种逐年增多。目前全世界共约有5000多种,已形成了各种专门用途的系列产品。某些大公司已拥有几百到上千个品种。据统计,日本的工业表面活性剂比重最大,占其总量的70%,美国为45%、西欧为44%。预计今后几年各国仍将以4%5%的年平均增长率增长。我国工业表面活性剂起步较晚,无论在品种还是数量上都处于劣势,大大低于发达国家的水平。从应用的工业领域来看,目前我国是以纺织工业为最大用户,其次为石油和建材工业。其它行业所占比例较少。今后工业表面活性剂的发展仍将立足于纺织、石油、建材大用量行业,发展系列化、专门化、多品种、小批量的产品,面向其它工业行业。 4.3表面活性剂品种的发展 我国表面活性剂品种以非离子为主,阴离子占1/3,阳离子和两性离子所占比重小。说明后两者开发系列化品种不够,衍生产品开发得少,这将是今后研究、生产的课题。 5结语 由以上结果可知,表面活性剂的主要作用之一是表面或界面性质的改变与体系中胶束量无关,表面活性剂在界面上的存在完全由以非胶束形式存在的表面活性剂分子提供,与油/水两相同时具有良好相容性的表面活性剂分子有利于形成稳定的界面膜。CMC是表面活性剂在分散体系中使用量和作用极限的直接判据。对于某一具体体系,超出CMC所限定量的表面活性剂对分散结果没有影响,而且不利于分散体系的稳定。表面活性剂分子在表面或界面(包括对可能形成的表面或界面)的稳定存在(以紧密堆积方式)是其能否充分发挥作用的前提。 参考文献 1 李伟娜,刘志红,谢皓雪.表面活性剂的结构特点及应用研究进展J.长春医学,2008,(2). 2 杨育杰,张新申,俞凌云.表面活性剂测定研究进展J.西部皮革,2010,(1). 3 杨师棣.表面活性剂的发展趋势J.安徽化工,2006,(3). 4张星杰,贾平福.中国的表面活性剂市场及展望J.中外轻工科技,2005,(6). 5肖进新，赵振国.表面活性剂应用原理【M】.北京：化学工业出版社，2003.5.6王培义，徐宝财，王军.表面活性剂合成 性能 应用【M】北京：化学工业出版社，2007.7.7孙炭，殷福珊，宋湛兼，王墨林.新表面活性剂【M】北京：化学工业出版社，2003.9.8蒋庆哲，宋昭峥，赵密福，柯命.表面活性剂科学与应用【M】北京：中国石化出版社，2006.9王军，杨许召.表面活性剂的新应用【M】北京：化学工业出版社，2009.810.徐玥,陆智斐,巫羚艺.表面活性剂概述及新应用.中国科技博览.2010,26: 320.11.张琳娜.生活中的表面活性剂.井冈山医专学报.2007,14(1):41-42.12.纪卿,云喜玲.表面活性剂的分类、性能及其应用原理.集宁师专学报. 2003, 25(4):58-59.13.张博,吴桐,赵富华,刘军海.含硅表面活性剂的应用及其绿色化发展.化工科 技市场.2010,33(5):29-32.14.邓坤学，黄启谷.农药用表面活性剂研究进展.化工进展.2009,28(12):2199 -2204.15.周刚,程卫民,王刚,聂文.综放工作面表面活性剂除尘工艺.工业安全与环 保.2009.35(11):17-19. 16 戚连庆, 刘忠昭, 杨承志, 等郾 毛管数实验曲线再研究 J 郾大庆石油地质与开发, 2009, 28 (6): 247鄄251郾17 戚连庆, 陈舟圣, 陈丽娜, 等郾 复合驱驱油技术应用中几项要素的优化研究 J 郾 大庆石油地质与开发, 2009, 28 (6):252鄄257郾18 任文化, 牛井岗, 张宇, 等郾 杏二区西部三元复合驱试验效果与认识 J 郾 大庆石油地质与开发, 2001, 20 (2 ): 117鄄118郾19 戚连庆, 刘宗昭, 陈礼, 等郾 数值模拟发现复合驱油过程中存在两种不同驱动状况 J 郾 大庆石油地质与开发, 2009, 28(4): 84鄄90郾20 Meyers J J, Pitts M J, Wyatt Kon郾 Alkaline鄄Surfactant鄄PolymerFlood of the West Kiehl, Minnelusa Unit R 郾 SPE 24144,1992: 423鄄435郾Abstract: Surfactant with higher concentration is always used in ASP flooding. But recent study on ASP floodingsystem indicates that second displacement condition exists due to low interfacial tension in the process of oil dis鄄placement, therefore displacement effect is affected and the composition of the system is required to be reconsid鄄ered. Through reservoir numerical simulation, surfactant system with low concentration is optimized, which is veri鄄fied with good effect by flooding experiments. A further study on adsorption of surfactant is conducted by means ofreservoir numerical simulation, which shows that adsorption of surfactant does not affect displacement effect in thefirst displacement condition. Field tests also confirm its good displacement result. Based on above study, surfactantsystem with low concentration is recommended for ASP flooding.Key words: ASP flooding; flooding status; capillary number; adsorption of surfactant21 Jay V, Jim T, Bob V, et al郾 Alkaline鄄Surfactant鄄Polymer Floodingof the Cambridge Minnelusa Field R 郾 SPE 55633, 1999: 1鄄6郾Abstract: Surfactant with higher concentration is always used in ASP flooding. But recent study on ASP floodingsystem indicates that second displacement condition exists due to low interfacial tension in the process of oil dis鄄placement, therefore displacement effect is affected and the composition of the system is required to be reconsid鄄ered. Through reservoir numerical simulation, surfactant system with low concentration is optimized, which is veri鄄fied with good effect by flooding experiments. A further study on adsorption of surfactant is conducted by means ofreservoir numerical simulation, which shows that adsorption of surfactant does not affect displacement effect in thefirst displacement condition. Field tests also confirm its good displacement result. Based on above study, surfactantsystem with low concentration is recommended for ASP flooding.Key words: ASP flooding; flooding status; capillary number; adsorption of surfactant22 Wang De鄄min, Cheng Jie鄄cheng, Wu Jun鄄zheng, et al郾 An Alka鄄line鄄Surfactant鄄Polymer Field Test in a Reservoir with a Long鄄Term100% Water Cut R 郾