基于腰果酚的两性离子表面活性剂头基烷基链长对界面特性及乳化性能的影响机制研究

这篇研究通过实验与分子动力学模拟相结合，创新性地揭示了腰果酚基两性离子表面活性剂（CNBS-Cn）头基烷基链长（n）对其界面行为的关键调控机制。研究发现：头基烷基链增长可降低气-水界面表面张力（γCMC）和吸附自由能（ΔGads），通过增强疏水性、削弱静电作用提升界面活性；同时促进油水界面膜增厚与形成能降低，因静电中和/氢键协同效应显著改善乳化稳定性（20.21 mm2/s原油体系）。该工作为设计高效驱油生物表面活性剂提供了原子级理论依据。

　　

亮点

本研究通过精准调控腰果酚基两性离子表面活性剂头基烷基链长度，首次系统阐明了分子结构-界面行为-乳化效能的构效关系。分子动力学模拟生动揭示了长链头基通过"静电屏蔽效应"和"疏水装甲效应"协同稳定油水界面的微观机制。

材料

饱和腰果酚购自上海美东生物材料有限公司，环氧氯丙烷、四丁基溴化铵（TBAB）等试剂均为分析纯。实验用原油动力黏度为20.21 mm²/s（50℃），矿化度45,872 mg/L的高盐水质模拟油田环境。

腰果酚基两性离子表面活性剂的合成调控

如图2(a)所示，通过分级胺化反应成功构建不同头基链长（C1-C4）的腰果酚两性离子表面活性剂家族。关键创新在于采用热乙醇洗涤去除残余胺类，并通过pH调控磺化反应获得高纯度产物（FT-IR与¹H NMR验证）。

结论

四种头基链长变体的对比研究表明：长链头基（如C4）表面活性剂在盐环境下展现卓越性能——其临界胶束浓度（CMC）降低35%，油水界面膜厚度增加2.1倍，驱油效率提升22%。量子化学计算揭示头基甲基的"电子云延展效应"是性能提升的关键。

作者贡献声明

黄瑾：主笔撰写与数据可视化；霍艳佳：方法论与数据分析；李金玲：资源支持；姜淮：可视化协作；郭丽君：数据整理；李峰：分析测试；王军：基金支持；李翠芹：论文审阅与学术指导。

利益冲突声明

李翠芹声明获得黑龙江应用技术研发计划（GY2020YF0071）资助，其他作者披露与大庆油田的雇佣关系。

致谢

感谢吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的分析支持，本研究受黑龙江省科技计划项目资助。