2.2.2表面张力

阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)是实验室常用的一种表面活性剂，也是油气田开发过程中常用的表面活性剂之一，以SDBS在同条件下设置对照组与R-(N-CQDs)进行表面性能对比，以此来反映R-(N-CQDs)是否具有在油气开发领域中的应用潜力。

图6 SDBS、N-CQDs及R-(N-CQDs)表面张力与质量浓度的关系

图6为SDBS、N-CQDs和R-(N-CQDs)表面张力与质量浓度之间的关系。从图6可看出，R-(N-CQDs)和SDBS的表面活性表现出较大差异：首先是两者的CMC不同，R-(N-CQDs)的CMC为0.5 g/L，而SDBS和文献[24]中测得一样，CMC为1.2 g/L；此外，R-(N-CQDs)和SDBS的γCMC分别为28.1 mN/m和31.7 mN/m，R-(N-CQDs)的γCMC相较SDBS更低，其原因在于R-(N-CQDs)表面存在丰富的亲水基团，同时含有多条较长的疏水碳链；丰富的亲水基团保证了R-(N-CQDs)具有良好的水溶性，而疏水长碳链的存在会使相外吸引力增大，溶液表面张力降低[17]，而N-CQDs因为自身结构上只有极少的疏水基团，表现出单一的亲水性，对水溶液表面张力的影响较小。

2.2.3乳化性能

表2为乳化性能测试数据。表2中，VH2O是指配制成乳液后水相分出的体积，t是分出水相所需的时间，t越大，说明配制的乳状液越稳定，不易分层，乳化性能越好。

表2乳化性能对比

从表2可看出，R-(N-CQDs)的乳化性能远优于SDBS，分离出5 mL和10 mL水的时间接近SDBS的两倍。这是由于R-(N-CQDs)是纳米颗粒，吸附在界面膜附近可以大大增强界面膜的强度，从而增强了乳状液的稳定性。

2.2.4起泡性和稳泡性能

图7为起泡性测试数据图(N-CQDs水溶液只能产生微量泡沫，且很快消泡，因此，图中没有N-CQDs的泡沫性能数据)。

图7 SDBS和R-(N-CQDs)的起泡性能测试数据

从图7可看出，R-(N-CQDs)的起泡能力表现不佳，虽然在高质量浓度下其起泡能力相比低质量浓度时有一定的提高，但是相对于SDBS的起泡能力仍存在较大的差距，这与R-(N-CQDs)自身结构有关，SDBS是直链结构，而R-(N-CQDs)结构上存在很多支链，形成泡沫时需要克服更多的表面能做功，所以形成的泡沫比SDBS更少。

图8是稳泡性能测试结果。从图8可看出，R-(N-CQDs)的稳泡性能一直保持在95%以上，SDBS的稳泡性能一直处于90%与95%之间。这是因为R-(N-CQDs)本身结构的原因，碳量子点表面存在羟基、叔胺等亲水基团，同时，还存在很多疏水长碳链，这使得R-(N-CQDs)能够很好地吸附在气液两相界面(即液膜表面)上，在液膜表面形成纳米粒子保护层，一方面，增加了液膜强度；另一方面，减少了泡沫的歧化现象，大大增加了泡沫的稳定性。

图8 SDBS和R-(N-CQDs)的稳泡性能测试数据

从表面活性数据来看，R-(N-CQDs)除了起泡性能以外，其他性能均优于SDBS，并且能够将水的表面张力降低到30 mN/m以下。由于R-(N-CQDs)基于碳纳米颗粒改性得到，具备纳米粒子特征，所以R-(N-CQDs)具备作为纳米粒子驱油的基本条件，也间接说明碳量子点有应用到油气开发领域的潜力。

3.结论

1)以柠檬酸为碳源、二乙烯三胺为掺氮剂，在180℃的水热条件下成功制备出碳量子点CQDs(荧光量子产率10%)和氮掺杂碳量子点N-CQDs(荧光量子产率47%)，通过烷基化反应在N-CQDs表面引入疏水碳链，制备出一种两亲性表面活性物质R-(N-CQDs)，并通过红外光谱和紫外-可见吸收光谱以及荧光光谱表征了R-(N-CQDs)的结构和荧光性能。

2)制备出的N-CQDs的荧光量子产率为47%，优于此前多数研究报道；R-(N-CQDs)在CMC质量浓度为0.5 g/L时的表面张力为28.1 mN/m，与油田常用表面活性剂SDBS相比，具有更好的降低水表面张力的能力和更优秀的表面活性，说明碳量子点在油气开发领域中具备一定的应用潜力。