雙子季銨鹽表面活性劑的工業(yè)應(yīng)用
雙子季銨鹽表面活性劑，又稱陽(yáng)離子Gemini 表面活性劑，是通過(guò)連接基團(tuán)將兩個(gè)或兩個(gè)以上單鏈陽(yáng)離子表面活性劑連接起來(lái)的一類新型表面活性劑。雙子季銨鹽表面活性劑特殊的雙N 頭基分子結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的物化性能，相比傳統(tǒng)單鏈季銨鹽，具有更加優(yōu)異的表/界面活性、抑菌殺菌性和獨(dú)特的流變行為，并且具有潤(rùn)濕性好和乳化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。雙子季銨鹽表面活性劑目前在殺菌消毒、油田、金屬緩蝕、紡織印染、污水處理以及新材料等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值并獲得了廣泛關(guān)注。
在殺菌消毒領(lǐng)域中的應(yīng)用
由于雙子季銨鹽表面活性劑分子中含有兩個(gè)帶正電的親水基和兩個(gè)疏水鏈，相比傳統(tǒng)單鏈季銨鹽(1231和1227)具有更強(qiáng)的殺滅細(xì)菌的能力，并且具有低毒、廣泛的生物活性和良好的水溶性。
應(yīng)用領(lǐng)域:①在個(gè)人護(hù)理品、化妝品和造紙工業(yè)殺菌防腐方面具有極大的應(yīng)用價(jià)值;②可作為工業(yè)冷卻循環(huán)水的高效殺菌劑，降低對(duì)管道的堵塞和設(shè)備的腐蝕;③在油田三次采油作為緩蝕殺菌劑(1227)的替代品，降低細(xì)菌(硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌等)對(duì)石油輸送管線的腐蝕并解決細(xì)菌耐藥性的問(wèn)題。
雙子季銨鹽表面活性劑殺菌消毒機(jī)理:① 雙子季銨鹽表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中具有兩條疏水鏈，這有利于其疏水基深入菌體細(xì)胞的類脂層，親水基深入蛋白層，導(dǎo)致酶失去活性和蛋白質(zhì)變性;② 分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)N 頭基，在誘導(dǎo)作用下雙子季銨鹽頭基正電荷密度增加，這使表面活性劑更易吸附于細(xì)菌表面，改變細(xì)菌細(xì)胞壁滲透性并使其破裂，達(dá)到殺滅細(xì)菌的效果。
在三次采油中的應(yīng)用
作為油田清潔壓裂液使用
壓裂液是對(duì)油氣層進(jìn)行壓裂改造時(shí)使用的工作液，其主要作用是通過(guò)將地面高壓傳遞到地層使其形成裂縫輸送支撐劑。傳統(tǒng)壓裂劑瓜爾膠、羥乙基纖維素等高分子聚合物會(huì)在裂縫中留下殘?jiān)鼈Φ貙樱斐傻貙訚B流能力降低和產(chǎn)能下降。雙子季銨鹽表面活性劑因其獨(dú)特的流變性和低傷害性，顯示其在粘彈性表面活性劑壓裂液(VES)中具有良好的應(yīng)用前景。
注水井化學(xué)降壓增注
注水井經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期注水后，由于液阻效應(yīng)、水鎖傷害、粘土運(yùn)移、地層結(jié)垢以及細(xì)菌的大量繁殖使得儲(chǔ)層嚴(yán)重堵塞，而這一問(wèn)題在近井地帶尤為突出，從而導(dǎo)致水井注水壓力居高不下、注水量嚴(yán)重不夠。
化學(xué)法降壓增注主要是通過(guò)含有雙子季銨鹽的降壓增注劑注入水井內(nèi)來(lái)降低油水界面張力，減少賈敏效應(yīng)，增加油的流動(dòng)能力;改變巖石表面潤(rùn)濕性，使得油藏更加親水，發(fā)揮毛管力的作用;抑制黏土膨脹，減少對(duì)地層的傷害;抑制微生物的生長(zhǎng)，減少對(duì)井底和地層傷害;提高注入水的滲透能力，達(dá)到低滲透油田降壓增注的目的。并且降壓增注技術(shù)具有一定的驅(qū)油效果。
在三次采油中用作高效化學(xué)驅(qū)油劑
雙子季銨鹽相比傳統(tǒng)單鏈季銨鹽具有更好的表面活性和更低的臨界膠束濃度，并且在極低濃度下即可形成柔性線狀膠束并相互纏繞而成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶液粘度大幅提升并具有切稀特性，特殊的流變性質(zhì)可有效改變油水流度比，擴(kuò)大波及體積，提高驅(qū)油效率。將含有此類雙子季銨鹽的溶液體系注入地層，不僅可以極大降低油水界面張力(達(dá)到10-3 mN/m)，改變油的流變性和乳化性，還可以改善地層表面潤(rùn)濕性(發(fā)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn))，減小油對(duì)地層表面的粘附力，洗油能力的大提高;還可以形成比較穩(wěn)定的油水乳狀液，使流動(dòng)和采出變得更加容易。
流體節(jié)能減阻劑
隨著全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，人類面臨越來(lái)越深刻的能源危機(jī)，如何降低長(zhǎng)距離管道流體輸送過(guò)程中的流動(dòng)摩阻阻力，減小泵站的動(dòng)力消耗，是節(jié)能減阻技術(shù)開(kāi)發(fā)中的重要一環(huán)。
加入流體化學(xué)減阻劑可以大幅度減小流動(dòng)過(guò)程的阻力，降低泵的消耗，這種現(xiàn)象稱為T(mén)oms效應(yīng)。目前最常用的減阻劑為高分子和表面活性劑。高分子在泵的機(jī)械剪切下易發(fā)生鏈斷裂，削弱減阻性能，不適合閉路循環(huán)式系統(tǒng)。表面活性劑膠束具有自組裝性能，高速剪切后可自發(fā)回復(fù)到剪切的結(jié)構(gòu)，具有良好的可逆性，對(duì)循環(huán)式和非循環(huán)式流體輸送系統(tǒng)都適用。與傳統(tǒng)表面活性劑相比，雙子表面活性劑具有更優(yōu)異的表面活性和自組裝特性，在流體減阻體系具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
在金屬緩蝕領(lǐng)域中的應(yīng)用
金屬腐蝕可改變金屬材料的力學(xué)和物化性能，會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和生活設(shè)施造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。雙子季銨鹽表面活性劑在金屬抗腐蝕方面較之傳統(tǒng)單鏈季銨鹽表現(xiàn)出更突出的性能，具有高效、無(wú)毒的特性。其能夠通過(guò)其雙N 頭基強(qiáng)的靜電吸引力使疏水鏈在金屬表面形成致密的吸附薄膜，顯著降低金屬在化學(xué)介質(zhì)中的腐蝕行為。目前在石油化工、運(yùn)輸、鋼鐵以及機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
表面活性劑金屬緩蝕機(jī)理:金屬表面一般帶負(fù)電荷，雙子季銨鹽表面活性劑溶于水后則在水中離解為帶兩個(gè)電荷的陽(yáng)離子，雙子季銨鹽表面活性劑離子通過(guò)靜電引力吸附在金屬表面，疏水基團(tuán)可在金屬表面形成一層致密的疏水性膜，能很好的隔絕水或其他防腐蝕性物質(zhì)與金屬的接觸，從而達(dá)到高效金屬緩蝕的目的。
在紡織印染行業(yè)的應(yīng)用
可作為滌綸織物堿減量促進(jìn)劑和陽(yáng)離子染料染色緩染劑
雙子季銨鹽對(duì)滌綸織物的堿減量處理具有明顯的促進(jìn)作用，處理后的織物強(qiáng)力損失較小，且織物的懸垂性、透氣性和保濕率都能夠有效改善，經(jīng)陽(yáng)離子染料處理的纖維結(jié)晶度和玻璃化溫度較低，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較松散，因此吸附速率較快。在染料中加入的雙子季銨鹽先進(jìn)入纖維內(nèi)部和磺酸基陰離子結(jié)合，待陽(yáng)離子染料進(jìn)去后再將其替代下來(lái)，從而減緩染料吸附速率，起到緩染的效果。
可用于改善錦綸印花麻點(diǎn)
錦綸在酸性染料印花時(shí)易在表面產(chǎn)生麻點(diǎn)，表現(xiàn)為在織物表面局部聚集。通過(guò)添加適當(dāng)雙子季銨鹽，使得陰離子染料和雙子季銨鹽在布面形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使染料在印花臺(tái)升起或干燥過(guò)程中不易移動(dòng)，防止紡織麻點(diǎn)的產(chǎn)生。雙子季銨鹽與酸性染料形成的穩(wěn)定相互作用有利于減少印花麻點(diǎn)的產(chǎn)生。
有研究表明，含羥基雙子季銨鹽與其他助劑復(fù)配使用時(shí)，能夠消除染料在錦綸印花時(shí)產(chǎn)生的麻點(diǎn)。
棉麻織物染色過(guò)程中的低鹽工藝
棉織物染料染色過(guò)程中大量無(wú)機(jī)鹽的使用給污水處理帶來(lái)極大困難，無(wú)鹽/低鹽/代用堿染色已成為研究熱點(diǎn)。通過(guò)少量雙子季銨鹽改性棉纖維，再進(jìn)行活性染料遞延染色，能夠極大減少無(wú)機(jī)鹽的用量，有利于降低成本，減少鹽對(duì)環(huán)境的污染，并可提高產(chǎn)品的品質(zhì)。
在污水治理方面的應(yīng)用
雙子季銨鹽相比傳統(tǒng)季銨鹽具有極強(qiáng)的吸附作用，因此常被用作吸附劑來(lái)清理液體中的污染物。通過(guò)表面活性劑治理污水首先需要將表面活性劑吸附于黏土或沙土等介質(zhì)上，再用后者進(jìn)行污染物的吸附。這是一種有效的治污手段。
制備介孔新材料
介孔分子篩具有較大的可控孔徑和高的比表面積，目前大量應(yīng)用于石油的催化裂解、分離以及納米科學(xué)等領(lǐng)域。雙子季銨鹽由于其結(jié)構(gòu)的多變性可以在水溶液中形成多種特殊結(jié)構(gòu)的聚集體，在介孔材料制備過(guò)程中可以起到模板劑的作用，因此可以通過(guò)控制雙子季銨鹽烷基鏈的長(zhǎng)度、聯(lián)結(jié)基團(tuán)的長(zhǎng)度和種類來(lái)制備不同晶相、不同孔徑的硅酸鹽分子篩。雙子季銨鹽相比傳統(tǒng)單鏈季銨鹽用量極少，成本更低。
其他領(lǐng)域
雙子季銨鹽特殊的分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的表/界面性質(zhì)使其可作為織物的抗靜電劑使用，在造紙行業(yè)可作為防霉殺菌劑、纖維分散劑、廢紙脫墨劑和抗靜電劑等。
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