2.2.2表面張力

陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)是實驗室常用的一種表面活性劑，也是油氣田開發(fā)過程中常用的表面活性劑之一，以SDBS在同條件下設(shè)置對照組與R-(N-CQDs)進(jìn)行表面性能對比，以此來反映R-(N-CQDs)是否具有在油氣開發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。

圖6 SDBS、N-CQDs及R-(N-CQDs)表面張力與質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖6為SDBS、N-CQDs和R-(N-CQDs)表面張力與質(zhì)量濃度之間的關(guān)系。從圖6可看出，R-(N-CQDs)和SDBS的表面活性表現(xiàn)出較大差異：首先是兩者的CMC不同，R-(N-CQDs)的CMC為0.5 g/L，而SDBS和文獻(xiàn)[24]中測得一樣，CMC為1.2 g/L；此外，R-(N-CQDs)和SDBS的γCMC分別為28.1 mN/m和31.7 mN/m，R-(N-CQDs)的γCMC相較SDBS更低，其原因在于R-(N-CQDs)表面存在豐富的親水基團(tuán)，同時含有多條較長的疏水碳鏈；豐富的親水基團(tuán)保證了R-(N-CQDs)具有良好的水溶性，而疏水長碳鏈的存在會使相外吸引力增大，溶液表面張力降低[17]，而N-CQDs因為自身結(jié)構(gòu)上只有極少的疏水基團(tuán)，表現(xiàn)出單一的親水性，對水溶液表面張力的影響較小。

2.2.3乳化性能

表2為乳化性能測試數(shù)據(jù)。表2中，VH2O是指配制成乳液后水相分出的體積，t是分出水相所需的時間，t越大，說明配制的乳狀液越穩(wěn)定，不易分層，乳化性能越好。

表2乳化性能對比

從表2可看出，R-(N-CQDs)的乳化性能遠(yuǎn)優(yōu)于SDBS，分離出5 mL和10 mL水的時間接近SDBS的兩倍。這是由于R-(N-CQDs)是納米顆粒，吸附在界面膜附近可以大大增強(qiáng)界面膜的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)了乳狀液的穩(wěn)定性。

2.2.4起泡性和穩(wěn)泡性能

圖7為起泡性測試數(shù)據(jù)圖(N-CQDs水溶液只能產(chǎn)生微量泡沫，且很快消泡，因此，圖中沒有N-CQDs的泡沫性能數(shù)據(jù))。

圖7 SDBS和R-(N-CQDs)的起泡性能測試數(shù)據(jù)

從圖7可看出，R-(N-CQDs)的起泡能力表現(xiàn)不佳，雖然在高質(zhì)量濃度下其起泡能力相比低質(zhì)量濃度時有一定的提高，但是相對于SDBS的起泡能力仍存在較大的差距，這與R-(N-CQDs)自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，SDBS是直鏈結(jié)構(gòu)，而R-(N-CQDs)結(jié)構(gòu)上存在很多支鏈，形成泡沫時需要克服更多的表面能做功，所以形成的泡沫比SDBS更少。

圖8是穩(wěn)泡性能測試結(jié)果。從圖8可看出，R-(N-CQDs)的穩(wěn)泡性能一直保持在95%以上，SDBS的穩(wěn)泡性能一直處于90%與95%之間。這是因為R-(N-CQDs)本身結(jié)構(gòu)的原因，碳量子點表面存在羥基、叔胺等親水基團(tuán)，同時，還存在很多疏水長碳鏈，這使得R-(N-CQDs)能夠很好地吸附在氣液兩相界面(即液膜表面)上，在液膜表面形成納米粒子保護(hù)層，一方面，增加了液膜強(qiáng)度；另一方面，減少了泡沫的歧化現(xiàn)象，大大增加了泡沫的穩(wěn)定性。

圖8 SDBS和R-(N-CQDs)的穩(wěn)泡性能測試數(shù)據(jù)

從表面活性數(shù)據(jù)來看，R-(N-CQDs)除了起泡性能以外，其他性能均優(yōu)于SDBS，并且能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷?0 mN/m以下。由于R-(N-CQDs)基于碳納米顆粒改性得到，具備納米粒子特征，所以R-(N-CQDs)具備作為納米粒子驅(qū)油的基本條件，也間接說明碳量子點有應(yīng)用到油氣開發(fā)領(lǐng)域的潛力。

3.結(jié)論

1)以檸檬酸為碳源、二乙烯三胺為摻氮劑，在180℃的水熱條件下成功制備出碳量子點CQDs(熒光量子產(chǎn)率10%)和氮摻雜碳量子點N-CQDs(熒光量子產(chǎn)率47%)，通過烷基化反應(yīng)在N-CQDs表面引入疏水碳鏈，制備出一種兩親性表面活性物質(zhì)R-(N-CQDs)，并通過紅外光譜和紫外-可見吸收光譜以及熒光光譜表征了R-(N-CQDs)的結(jié)構(gòu)和熒光性能。

2)制備出的N-CQDs的熒光量子產(chǎn)率為47%，優(yōu)于此前多數(shù)研究報道；R-(N-CQDs)在CMC質(zhì)量濃度為0.5 g/L時的表面張力為28.1 mN/m，與油田常用表面活性劑SDBS相比，具有更好的降低水表面張力的能力和更優(yōu)秀的表面活性，說明碳量子點在油氣開發(fā)領(lǐng)域中具備一定的應(yīng)用潛力。