[发明专利]一种木质素基聚醚磺酸盐表面活性剂制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面活性剂领域，特别涉及一种木质素基聚醚磺酸盐表面活性剂制备方法，具体说是以木质素为原料制备聚醚磺酸盐的方法，可作为驱油用表面活性剂。

技术背景

在化石能源日益紧张的今天，利用表面活性剂及其复配体系提高石油采出率已成为石油开采研究的重要途径。但是，现阶段的驱油用表面活性剂存在着使用量大、吸附损失严重以及生产成本高等诸多缺点，严重影响了其在三次采油中的普遍使用。因此，研究开发廉价、高效的三次采油用表面活性剂已成为国内外科学工作者面临的主要问题。充分利用天然可再生资源，生产“环境友好”的绿色表面活性剂及其绿色化学合成工艺是目前驱油用表面活性剂研究的热点和首要发展方向。

作为一种储量大且可再生的生物质资源，木质素分子中因含有较多的活性官能团(如羟基、甲氧基等)，反应活性非常好，可以考虑通过化学改性合成木质素基表面活性剂，应用于三次采油中。目前木质素的改性主要是在木质素磺酸盐中引入亲油组分，但是单独使用时不能与原油形成超低界面张力，必须和其他表面活性剂复配使用才能达到理想的油水界面张力。如韦汉道和黄焕琼等在《改性木质素磺酸盐减少驱油过程中石油磺酸盐损失的研究》中对木质素磺酸盐及其改性产品作为牺牲剂作了深入的研究，发现改性后的木质素磺酸盐可使主表面活性剂的吸附损失减少60％以上。张树彪和乔卫红等在《改性木质素磺酸盐和石油磺酸盐的复配研究》中对木质素磺酸盐和石油磺酸盐的复配进行了系统的研究，发现木质素磺酸盐和石油磺酸盐的复配体系可以使油水间的界面张力达到超低。Mancera等在《Physicochemical characterization of sugar cane bagasse lignin oxidized by hydrogen peroxide》中对木质素磺酸盐中引入亲油基团改性后，表面活性和界面活性较高，改性产物与石油磺酸盐复配使用可产生超低界面张力。

木质素聚醚磺酸盐是一种具有更好水溶性的木质素衍生物，是一种新型的木质素基表面活性剂。相关专利CN101157708B中提出木质素在高温高压、无机碱催化剂和芳烃溶剂存在的条件下与环氧乙烷、环氧丙烷可以共聚合成木质素嵌段聚醚化合物；专利CN101327416A报道了木质素醇醚和卤代烃在碱性条件下制备木质素醇醚羧酸盐表面活性剂，但具体的合成方法或者用途均与本发明有所不同。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质素基聚醚磺酸盐表面活性剂及其制备方法，其特征在于，以造纸行业的副产物木质素为原料，利用烷氧基化反应在苯环上引入水溶性可调节的非离子基团嵌段聚醚，即先合成木质素聚醚，然后再将木质素聚醚合成木质素聚醚磺酸盐，这种改性方法可以根据原油性质的不同来调整嵌段聚醚的长度，从而合成具有不同亲油性能的系列驱油用表面活性剂。

木质素聚醚磺酸盐的结构通式如下：

LigninO(PO)_m(EO)_nSO₃M

式中，Lignin是木质素的英文名在这里代表木质素结构；(PO)_m代表聚氧丙烯链段，m＝1-12；(EO)_n代表聚氧乙烯链段，n＝1-12；M代表碱金属。

木质素聚醚磺酸盐表面活性剂的制备方法，采用如下步骤：

(1)木质素和环氧丙烷、环氧乙烷反应，得到LigninO(PO)_m(EO)_nH；

(2)由LigninO(PO)_m(EO)_nH经磺化反应制备LigninO(PO)_m(EO)_nSO₃M。

所述步骤(1)的具体操作方法为：首先按照质量比，将木质素：环氧丙烷＝1:0.5-5的比例加入高压反应釜中，在氮气保护下，反应温度保持在50-90℃，反应时间0.5-2.5小时，得到木质素聚氧丙烯醚；其次将木质素聚氧丙烯醚加入到高压反应釜中，搅拌加热0-70℃，在氮气保护下按照质量比，将木质素聚氧丙烯醚：环氧乙烷＝1:0.3-3.5的比例加入环氧乙烷，反应温度保持在50-80℃，反应时间0.5-2.5小时，得到LigninO(PO)_m(EO)_nH即木质素聚氧丙烯聚氧乙烯醚；

所述步骤(2)具体包括如下两种操作方法：