[發明專利]一種木質素基聚醚磺酸鹽表面活性劑制備方法

有效

• 申請號: 201510904207.6
• 申請日: 2015-12-09
• 公開（公告）號: CN105461916B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 張建安;陳淑艷;周玉杰;嚴翔;劉宏娟;程可可;戴玲妹;王革華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08G65/338
• 分類號: C08G65/338;C08G65/326;C08G65/334;C08G65/28;C09K8/584
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于表面活性劑領域，特別涉及一種木質素基聚醚磺酸鹽表面活性劑制備方法，具體說是以木質素為原料制備聚醚磺酸鹽的方法，可作為驅油用表面活性劑。

技術背景

在化石能源日益緊張的今天，利用表面活性劑及其復配體系提高石油采出率已成為石油開采研究的重要途徑。但是，現階段的驅油用表面活性劑存在著使用量大、吸附損失嚴重以及生產成本高等諸多缺點，嚴重影響了其在三次采油中的普遍使用。因此，研究開發廉價、高效的三次采油用表面活性劑已成為國內外科學工作者面臨的主要問題。充分利用天然可再生資源，生產“環境友好”的綠色表面活性劑及其綠色化學合成工藝是目前驅油用表面活性劑研究的熱點和首要發展方向。

作為一種儲量大且可再生的生物質資源，木質素分子中因含有較多的活性官能團(如羥基、甲氧基等)，反應活性非常好，可以考慮通過化學改性合成木質素基表面活性劑，應用于三次采油中。目前木質素的改性主要是在木質素磺酸鹽中引入親油組分，但是單獨使用時不能與原油形成超低界面張力，必須和其他表面活性劑復配使用才能達到理想的油水界面張力。如韋漢道和黃煥瓊等在《改性木質素磺酸鹽減少驅油過程中石油磺酸鹽損失的研究》中對木質素磺酸鹽及其改性產品作為犧牲劑作了深入的研究，發現改性后的木質素磺酸鹽可使主表面活性劑的吸附損失減少60％以上。張樹彪和喬衛紅等在《改性木質素磺酸鹽和石油磺酸鹽的復配研究》中對木質素磺酸鹽和石油磺酸鹽的復配進行了系統的研究，發現木質素磺酸鹽和石油磺酸鹽的復配體系可以使油水間的界面張力達到超低。Mancera等在《Physicochemical characterization of sugar cane bagasse lignin oxidized by hydrogen peroxide》中對木質素磺酸鹽中引入親油基團改性后，表面活性和界面活性較高，改性產物與石油磺酸鹽復配使用可產生超低界面張力。

木質素聚醚磺酸鹽是一種具有更好水溶性的木質素衍生物，是一種新型的木質素基表面活性劑。相關專利CN101157708B中提出木質素在高溫高壓、無機堿催化劑和芳烴溶劑存在的條件下與環氧乙烷、環氧丙烷可以共聚合成木質素嵌段聚醚化合物；專利CN101327416A報道了木質素醇醚和鹵代烴在堿性條件下制備木質素醇醚羧酸鹽表面活性劑，但具體的合成方法或者用途均與本發明有所不同。

發明內容

本發明的目的是提供一種木質素基聚醚磺酸鹽表面活性劑及其制備方法，其特征在于，以造紙行業的副產物木質素為原料，利用烷氧基化反應在苯環上引入水溶性可調節的非離子基團嵌段聚醚，即先合成木質素聚醚，然后再將木質素聚醚合成木質素聚醚磺酸鹽，這種改性方法可以根據原油性質的不同來調整嵌段聚醚的長度，從而合成具有不同親油性能的系列驅油用表面活性劑。

木質素聚醚磺酸鹽的結構通式如下：

LigninO(PO)_m(EO)_nSO₃M

式中，Lignin是木質素的英文名在這里代表木質素結構；(PO)_m代表聚氧丙烯鏈段，m＝1-12；(EO)_n代表聚氧乙烯鏈段，n＝1-12；M代表堿金屬。

木質素聚醚磺酸鹽表面活性劑的制備方法，采用如下步驟：

(1)木質素和環氧丙烷、環氧乙烷反應，得到LigninO(PO)_m(EO)_nH；

(2)由LigninO(PO)_m(EO)_nH經磺化反應制備LigninO(PO)_m(EO)_nSO₃M。

所述步驟(1)的具體操作方法為：首先按照質量比，將木質素：環氧丙烷＝1:0.5-5的比例加入高壓反應釜中，在氮氣保護下，反應溫度保持在50-90℃，反應時間0.5-2.5小時，得到木質素聚氧丙烯醚；其次將木質素聚氧丙烯醚加入到高壓反應釜中，攪拌加熱0-70℃，在氮氣保護下按照質量比，將木質素聚氧丙烯醚：環氧乙烷＝1:0.3-3.5的比例加入環氧乙烷，反應溫度保持在50-80℃，反應時間0.5-2.5小時，得到LigninO(PO)_m(EO)_nH即木質素聚氧丙烯聚氧乙烯醚；

所述步驟(2)具體包括如下兩種操作方法：