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Gemini表面活性剂研究现状及其性能摘要：文章简要地介绍了Gemini表面活性剂的结构特点。介绍了Gemini表面活性剂的优良性能如表面张 力、泡沫力、润湿力、优异的协同效应，并且简单介绍一下支链醇对Gemini表面活性剂活性的影响。在此基础上，阐述了该类表面活性剂复配体系研究进展、缓蚀性能的研究和在油田三次采油上的应用前景。关键词：Gemini表面活性剂；复配体系；缓蚀性能；三次采油1. Gemini表面活性剂介绍表面活性剂是一类加入很少量即可显著降低水溶液表面张力的物质。在工农业生产和人类日常生活中常会用到的一种重要材料。其种类繁多，用途也及其广泛。主要有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂。Menger于1991年合成了刚性基连接的双离子头基双碳氢链表面活性剂，并命名为Geminis(天文学用语，意为双子星座)，形象地表述了此类表面活性剂的结构特征。Gemini表面活性剂是两个和多个单链单头基传统表面活性剂通过连接基团在其亲水基或靠近亲水基连接而成的一种新型表面活性剂1。Gemini表面活性剂的分子结构顺序为：长的疏水链，亲水头基，联接基团，第二个亲水基团，第二个疏水链。Gemini表面活性剂具有两个两亲成分，因此也被称为二聚表面活性剂(Dimeric surfactant)。该表面活性剂既增强了碳氢链的疏水作用，也通过连接基团调整亲水基团的距离，改变了单元分子的几何形状，导致胶束表面电荷密度、水化程度及胶束形状的变化，使其具有一定的特性。从而使其具有更好的界面性能，使其具有良好的应用前景。可广泛应用于日用品生产、金属腐蚀、介孔材料合成和三次驱油等方面2。2. 表面活性剂的性能特征以二苯乙烷和长链酰氯为原料，经傅-克酰基化反应、黄鸣龙还原反应、磺化、中和等反应得到一系列Gemini表面活性剂Gm-2-m。Gemini表面活性剂在表面上排列更加紧密，表面能更低，具有很高的表面活性，体现在cmc数值上比相应的单基小很多。随碳链的增长，cmc值呈现降低的趋势3。它们具有较好的加溶、润湿、起泡及钙皂分散作用，由亲水基间隔的Gemini表面活性剂一般具有很低的Krafft点，因而使得这种表面活性剂有一较大的温度应用范围。有些Gemini表面活性剂在相当低的浓度时就显出某些突出的流变特性（粘弹性、胶凝作用、切稠现象），这是一般有相同烷基链的表面活性剂所不具有的4。研究分析一系列包含不同的烃链间隔长度的阳离子双子表面活性剂的结果表明，短间隔有利于泡沫形成和泡沫稳定性，较长的烃链间隔降低泡沫形成能力和泡沫稳定性。新型的Gemini表面活性剂的离子头基之间电斥力较强，吸附分子间相互作用较强，形成的界面膜的强度较大，当其在较低浓度时就有很好的乳化效果5。Gemini表面活性剂的两亲分子吸附于固体表面，形成定向排列的吸附层降低界面自由能，从而有效地润湿固体表面，随着碳原子数的增加，润湿性减弱6。简单介绍一下支链醇对Gemini表面活性剂活性的影响：醇的加入能够显著降低表面活性剂溶液的表面张力，并且醇的支化度越高，表面张力下降越明显，醇提高表面活性剂表面活性的能力依次为3-庚醇2-己醇1-戊醇7。但对表面活性剂的CMC、胶束大小和形貌的影响却非常小。醇助剂对Gemini表面活性剂在气/液界面以及体相中聚集行为的影响，从而对选择合适结构的醇助剂以调控Gemini表面活性剂的表面活性和胶束化行为具有一定指导意义，有利于促进Gemini表面活性剂的实际应用8。3Gemini表面活性剂研究现状及应用（1）Gemini表面活性剂复配体系研究进展Gemini表面活性剂的特殊结构使其具有独特的优越性能，在不同的表面活性剂复配体系中表现了潜在的应用价值。介绍Gemini表面活性剂的结构与性质，综述了近几年各类Gemini 表面活性剂复配体系的发展现状，发现Gemini表面活性剂的存在可使复配体系有更强的协同作用。目前，限制Gemini表面活性剂大规模应用的主要因素是其价格的昂贵，绝大多数产品限制在实验室合成阶段，大大阻碍了它们在工业和日常生活等领域中的推广和使用。通过与普通表面活性剂复配，寻找协同效应较好的复配体系，可降低主表面活性剂的用量。降低投入价格，有效的改善Gemini表面活性剂的应用情况。从而达到优化使用、提高经济效益，扩大应用范围的目的9。表面活性剂复配体系能够通过分子间的相互作用、络合作用、静电吸引或排斥作用等不同的方式而产生协同作用或对抗作用以达到特定的综合性能，具有比单一组分更大的优越性。如Deepti Tikariha、Iqrar Ahmad Khan等人则通过Clint、Rubingh和Rosen理论模型研究了阳离子型Gemini表面活性剂与直链烷基胺(C4-C8NH2)的混合胶束行为10。结果表明，Gemini表面活性剂/胺复配体系存在较强的协同作用。今后还可对与碳氢-碳氟表面活性剂的复配进行研究，还有一些不对称的Gemini表面活性剂的复配体系。（2）Gemini表面活性剂的缓蚀性能的研究Gemini表面活性剂由于特殊的结构，具有优异的抗腐蚀性能。疏水的间隔基将亲水基分割开来，削弱了亲水基间的近电力，促进了Gemini表面活性剂与金属表面的吸附能力，又因为亲水基与介质的优良结合力，表面活性剂具有较高的表面吸附能，且易于在金属表面形成聚集体10。前国内外对Gemini表面活性剂作为缓蚀剂主要集中在酸性介质中钢铁腐蚀行为的研究。研究结果表明：Gemini表面活性剂是一种性能优异的钢铁缓蚀剂。通过失重法，电化学测试可知50时，在饱和的H2S/CO2介质中12-S-12型Gemini表面活性剂随着质量浓度的增加缓蚀率不断增加。尤其以12-6-12型的表面活性剂的缓蚀能力最好。通过测试可知12-S-12型Gemini表面活性剂为阴极缓蚀剂。围绕12-S-12型Gemini表面活性剂在在饱和的H2S/CO2介质中腐蚀抑制效果和相关机理进行研究，开发新型的表面活性剂在工业领域的应用和了解其理论基础，对Gemini表面活性剂作为缓蚀剂进行深层次的研究12。（3）表面活性剂在三次采油中的应用研究表面活性剂驱在国内起步于20世纪50年代逐步在矿场开展试验，目前我国已研制出适合于各种油藏条件的表面活性剂，表面活性剂驱油国内已广泛应用，别是在高含蜡和稠油油藏中提高采收率效果更为显13。表面活性剂驱和三元复合驱是强化采油的主要技术，其中三元复合驱中表面活性剂亦扮演着重要角色。用于三次采油的表面活性剂必须满足以下条件：能使油水界面张力降至510-3N/m以下，水溶性好，在岩石表面吸附量低，形成的胶束增溶油量大，与其他驱油助剂配伍性好，耐温抗盐，成本低14。而现有的传统表面活性剂和高分子表面活性剂均存在吸附严重、耐温抗盐性差、成本较高等问题。现有的研究表明，低聚表面活性剂除成本尚需降低外，在其他方面均表现出比传统表面活性剂更优良的性能。Gemini 表面活性剂的研究取得了较大的进展，虽已对其合成、性能测试及驱油实验等展开了大量的研究工作，但还未形成系列和整体势力，导致其工业化产品较少。为解决一些实际问题寻找新方法，为Gemini表面活性剂的研究发展提供一些支持。三元复合驱中的表面活性Gemini型表面活性剂复配，可改善同地层水、原油或岩石表面的作用性能。注入0.6PV该体系在均质岩心中水驱基础上可提高采收率26.1%，在非均质岩心中水驱基础上可提高采收率22.25%。依据表面活性剂复配后协同增效原理，可根据不同油 藏条件(温度、水质以及原油组成等)研制和选择与之匹配的阴离子非离子或阴离子两性离子等复配体系。适合弱碱和无碱的表面活性剂复配体系以及生物表面活性剂是未来表面活性剂复配技术的研发方向15。参考文献1Tehrani-Bagha A R,Holmberg K.Cationic estercontaining Gemini surfactants:Physical-chemical propertiesJ.Langmuir，2010，26(12):276-2822Seredyuk V,Holmberg K.Stabilization of latex by heterogemini surfactantsJ.J.Colloid Interface Sci. 2001,241(2):524-526.3Kabir-ud-Din &Zahid Yaseen & Vinod Kumar Aswal &Aijaz Ahmad Dar.Rheological response and small-angle neutron-scattering study of diester-bonded cationic biodegradable gemini surfactants in presence of different additives.Colloid Polym Sci DOI 10.1007/s00396-014-3348-z4R.Zarganian,A.K.Bordbar,R.AmiriM.Tamannaei,A.R.KhosropourI.Mohammadpoor-Baltork.Micellization of Pentanediyl-1,5-bis(hydroxyethylmethylhexadecylammonium Bromide) as a Cationic Gemini Surfactant in Aqueous Solutions: Investigation Using Conductometry and Fluorescence Techniques.J Solution Chem (2011) 40:9219285Edyta Kuliszewska Lothar Brecker.Gemini Surfactants Foam Formation Ability and Foam Stability Depends on Spacer Length.J Surfact Deterg (2014) 17:951957.6Pankaj Patial ,Arifa Shaheen ,Ishtiaque Ahmad.Gemini Pyridinium Surfactants: Synthesis and Their Surface Active Properties.J Surfact Deterg (2014) 17:929935.7 Dubey, N. 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