» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июнь, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №6 (27) 2019

Автор: Хохлова Екатерина Александровна, Студент
Рубрика: Химические науки
Название статьи: Поверхностно активные вещества в воде

УДК 54

ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ВОДЕ

Хохлова Екатерина Александровна

студент

Самарский государственный социально-педагогический  университет, г. Самара

Аннотация. В данной статье разбирается процесс появления  поверхностно активных веществ в воде. Подробно описывается, как поверхностно активные вещества влияют на воду.

Ключевые слова: поверхностно активные вещества, кактионы, анионы, иогенн , коллоидный раствор.

Необходимых изменений поверхностных и смачивающих свойств жидкостей и характеристик поверхностей раздела пластновой системы в зоне их контакта и пористой среде можно до­биться с помощью добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Молекулы большинства ПАВ состоят из длинных гидро­фобных углеводородных цепей с низким остаточным сродством на одном конце молекул и гидрофильных полярных групп с вы­соким сродством на другом. По химическому признаку все ПАВ классифицируются на анионо-активные, катионоактивные и неионогенные вещества [1].

Если углеводородная часть молекулы ионогенного ПАВ вхо­дит в состав аннона, образующегося в водном растворе, сое­динение относят к анионо-активным веществам. Типичный ани­онный ПАВ—стеарат натрия, в водном растворе которого об­разуются ионы Nа⁺ и стеарат-анионы С₁₇H₃₅СОО^- с длинными цепями. Соответственно катионообменные вещества образуют в водных растворах катионы, содержащие длинные цепи угле­водородных радикалов. В неионногенных веществах не содер­жатся неионизирующиеся гидрофильные конечные группы. По­верхностная активность этих веществ обусловлена своеобраз­ным строением их молекул, которые имеют асимметричную (дифильную) структуру, состоящую из полярных и неполярных групп. Неполярной и нерастворимой в воде частью молекулы являются гидрофобный алкильный, арильный или алкиларильный радикал, а полярную водорастворимую группу представляют полиэтиленгликолевый или пропиленгликолевый остаток. Об­щая формула этих веществ:

R == СН₂ СН₂О СН₂ СН₂О . . . СН₂ СН₂OH,

где R может быть органической группой, например С₆Н₄О^-, СOO^-, CONH^-, CON^- или атомом кислорода, серы и т. д.

Распространенным неионогенным поверхностно-активным ве­ществом является ОП-10 [3].

В лабораторных условиях испытано влияние на нефтеотдачу добавок в воду значительного количества поверхностно-активных веществ: неионогенных – типов ОП-10 и КЛУФЭн (оксиэтилированные алкилфенолы), анионоактивных - НЧК, сульфонол, МП-1, азолят А, азолят Б, «Прогресс» (натриевая соль алкилсульфосоедннений), а также катионо-активные ПАВ. Лучшие результаты при вытеснении нефти получают с приме­нением растворов неионогенных ПАВ. Установлено также, что ионогенные поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхностях минералов больше, чем ионогенные [2].

Количественное соотношение между удельной адсорбцией Г в поверхностном слое, изменением поверхностного натяже­ния с концентрацией растворенного вещества дσ/дС .и концентра­цией С устанавливается уравнением Гиббса:

Г = -(С/RT)( дσ/дС), (1.1)

где R —универсальная газовая постоянная; Т—абсолютная температура.

Величину дσ/дС, характеризующую способность растворенного вещества понижать поверхностное натяжение раствора, принято называть поверхностной активностью G:

G = - дσ/дС (1.2)

Поверхностную активность 0 можно определить по изотерме адсорбции Г= f(С) и зависимости поверхностного натяжения от концентрации растворенного вещества a=f(С), имеющих вид графиков, приведенных на рисунке 7.1. Как следует из этого рисунка, значение G изменяется с концентрацией ПАВ в растворе. Вначале поверхностное натяжение падает быстро, а по мере заполнения поверхностного слоя адсорбируемыми мо­лекулами интенсивность изменения σ с увеличением концентра­ции поверхностно-активных веществ уменьшается и, наконец, практически прекращается, когда адсорбция достигает постоянного значения, соответствующего полному насыщению слоя молекулами ПАВ. Поэтому поверхностную активность ПАВ оценивают величиной

G₀ = - (дσ/дС)_C-0, (1.3)

т. е. начальным значением Go при концентрации поверхностно-активного вещества, стремящейся к нулю. Единицами измере­ния поверхностной активности являются 1 Н×м²кмоль и 1 мН×м²кмоль [4].

Наиболее подходящие для обработки нагне­таемых вод—поверхностно-активные вещества, значительно снижающие поверхностное натяжение на границе раздела нефть – вода при небольших концентрациях (т. е. имеющие высокие значения Go), улучшающие смачиваемость породы во­дой в присутствии нефти, мало адсорбирующиеся на поверхно­сти породы, разрушающие водонефтяные эмульсии. Кроме того, они должны быть дешевыми, полностью растворимыми в пресной и пластовых водах, не разрушаться под действием солей, содержащихся в воде. Лучшими показателями обычно обладают смеси различных ПАВ.

Многие исследователи пришли к выводу, что нефтеотдачу можно существенно повысить лишь с помощью ПАВ, снижаю­щих поверхностное натяжение нефти на границе с водой до 3,01—0,1 мДж/м². С этой точки зрения поверхностно-активные вещества, изотермы которых приведены на рисунке 7.1, не при­годны для обработки нагнетаемой в пласт воды в целях увеличения нефтеотдачи пластов.

Применять ПАВ в промышленности для улучшения нефтевымывающих свойств вод затруднительно вследствие адсорбции их огромной поверхностью пород. В зоне же водонефтяного контакта концентрация ПАВ понижается и действие их умень­шается. Следует, однако, учитывать, что при фильтрации чистой воды в дальнейшем происходят также процессы десорбции. Кроме того, установлено, что адсорбция не одинакова по всему пласту. Фронт предельной адсорбции ПАВ (т. е. равновесной, более не увеличивающейся адсорбции) отстает от фронта наг­нетаемого раствора. Причем это отставание настолько велико, что к концу разработки далеко не будет достигнут предел ад­сорбции но всему пласту. Наконец, полной потери ПАВ вслед­ствие адсорбции, по-видимому, можно избежать, если вводить в пласт первые порции воды с повышенным содержанием по­верхностно-активных веществ, которые будут в дальнейшем продвигаться по пласту необработанными пресными водами (метод оторочки).

Список литературы:

1. Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е. Общая химия. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 478 с.
2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 2003. – 527 с.
3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1990. – 487 с.
4. Болдырев А.И. Демонстрационные опыты по физической и коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1976. – 256 с.

Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: