一种植物源表面活性剂的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属植物资源利用领域，特别涉及一种绿色非离子表面活性剂的提取方法及 其在原油采收、原油贮藏、原油运输领域应用领域。
【背景技术】
[0002] 皂荚是一类豆科苏木亚科皂荚属（Gteditsia)的植物，全世界约有16种，广泛分 布于亚洲中部、东南部和南北美洲，主要生长于路旁或向阳温暖的地方。在我国，皂荚属植 物共有6种2变种，是优良的生态经济型树种，南北各省区都有分布。皂荚荚果和棘刺在医 药、食品和轻工业领域均有应用，其中皂荚棘刺主要含有黄酮、酚类、氨基酸、皂苷等化学成 分；阜荚荚果主要含有萜类、黄酮类、酚酸类、留体类、糖类、氨基酸、蛋白质及多肽、油脂等。 皂荚荚果中的皂苷由亲水性的糖链和亲脂性的皂苷元组成，这一结构决定了其可以作为一 类具有去污性、润湿性、乳化性、起泡性等多种性质的表面活性物质。
[0003] 根据公开的专利和文献报道，皂荚荚果和棘刺中皂苷提取物主要有以下几种用 途：
[0004] 中国专利200510011673. 8公开了一种皂荚皂素的制备工艺及其在配置农药、 丝绸与毛料洗涤剂、洗发液中的应用。中国专利申请200910020233. 7公开了一种皂荚 总皂苷提取物的制备方法及其在治疗肺癌、肝癌、胃癌、大肠癌及白血病中的应用。中国 专利201110282656. 3公开了一种皂角刺提取物水凝胶贴及其制备方法。中国专利申请 201310233240. 1公开了一种由无患子提取物、皂荚提取物和金银花提取物组成的中药环保 餐具洗涤剂。中国专利申请201410106059. 9公开了一种由皂荚、无患子醇提取物、苦楝子、 茶籽提取物混合制得的天然植物杀菌剂。
[0005]目前，皂荚皂苷提取物主要以两种组分形式应用于不同领域，一是总皂苷提取物， 主要用于农药、洗涤剂、洗护等制品的配置原料；另一种是将总皂苷进一步分离纯化，得到 皂苷单品，工艺复杂、成本极高高，而且得率较低，只适用于少数附加价较高的应用领域，如 医药行业。在我国，皂荚属植物分布广泛，资源量巨大，将其应用局限于少数传统领域显然 不能满足生物资源的充分利用，开发皂荚资源的应用潜力，对于国民经济和生态建设具有 重要意义。
[0006] 表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力和液-液界面张力并具有亲水亲油 特性和特殊吸附性能的物质。表面活性剂用途广泛，涉及到日常生活和工业生产的方方面 面，被誉为"工业味精"。例如，石油开采在经历了一次采油（能量采油）和二次采油（向 油层注入水、气，以给油层补充能量）后，利用表面活性剂改善油、气、水与岩石间的结合性 能，开采出更多的石油，已经成为三次采油中最主要的技术措施之一。表面活性剂驱油一般 是通过降低油-水界面张力，改变岩石润湿性，形成水包油型乳化液，提高岩石表面电荷密 度等，提高洗油效率和波及效率，从而提高石油开采效率。
[0007] 目前，用于石油开采的表面活性剂主要是化学表面活性剂，化学表面活性剂成本 较低，但自身性质也存在一些缺陷，如石油开采最常用的化学表面活性剂-石油磺酸盐的 乳化能力很差；另一方面，化学表面活性剂的生产应用造成比较严重的环境污染。因此，发 掘新型材料，创造持续发展的内禀动力驱动下，人们从20世纪80年代起不断聚焦生物表面 活性剂的开发利用。
[0008] 用于三次采油领域的生物表面活性剂迄今尚局限于微生物发酵产生的代谢产物， 但微生物驱油也有其自身缺陷，如油层温度、有机碳源、油藏流体毒性影响微生物生长，采 出石油微生物难以分离，以及微生物代谢物腐蚀管线和采油设备等，相当程度上制约了微 生物采油技术的应用。相比之下，来源于植物的表面活性剂尚未受到足够重视，除少数被用 于食品、日用洗涤剂行业外，尚没有应用到石油工业之中。
[0009] 本发明从皂荚荚果、棘刺中提取皂荚总皂苷，基于三次采油助剂中表面活性剂的 普遍规范，发现其符合原油开采、贮运需要。这一发明不仅能够提高原油采收率、降低原油 贮运成本，而且对于显著提高皂荚属植物资源利用率、保护生态环境也有重要意义。
【发明内容】
[0010] 本发明目的在于提出一种植物源表面活性剂，通过研制成本较低、工艺流程简单 的皂荚总皂苷提取物加工工艺，根据其表面张力、界面张力、环境适应性、乳化活性、润湿性 等一系列表面活性性质，拓展其在原油采收和贮运工业领域的应用。
[0011] 一种植物源表面活性剂的应用，所述植物源表面活性剂直接作为原油采收、原油 贮存或原油运输过程中的添加剂；
[0012] 或，所述植物源表面活性剂作为活性成份用于制备原油采收、原油贮存或原油运 输过程中的添加剂。
[0013] 所述添加剂为用于提高原油采收率的原油乳化剂、原油解吸剂、原油驱油剂或采 油助剂，降低原油运输阻力的原油流动性能改进剂、原油乳化剂、原油降凝剂，降低原油储 罐重油凝沉的原油乳化剂、原油降凝剂，原油运输管道及储罐金属表现清洁剂，石油污染处 理剂中的一种。
[0014] 植物源表面活性剂为植物器官或组织内贮藏的一类化学物质，为非离子型表面活 性剂，具有降低水、溶液、流体的表面张力，增强可溶解物质的溶解性、起泡性、乳化性，提高 固体表面的水润湿性以及改善溶质或颗粒物的分散性等特性。
[0015] 在高温或高盐环境中具有稳定性，且具有环境友好，易被降解的特点。
[0016] 所述植物源表面活性剂溶液中的溶质、精制的植物源表面活性剂浓缩液中的溶 质、植物源表面活性剂固体、精制的植物源表面活性剂固体中总皂苷质量含量在30 %~ 90%间，其余为萜类、黄酮类、酚酸类、留体类、糖类、氨基酸、蛋白质、多肽、油脂中的一种或 二种以上。
[0017] 所述总皂苷中各种单体皂苷的皂苷元均为齐墩果酸或刺囊酸，链接皂苷元的糖链 为鼠李糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖醇等或这些糖苷的组合中的一种或二种以上。
[0018] 皂荚皂苷提取物的提取方法步骤如下：粉碎荚果或棘刺，甲醇或乙醇水溶液 (30%~100% )作浸提剂，料液比1:10~40,在超声波功率0. 1~0. 5W/cm2和浸提温度 30~60°C条件下，提取时间10~60min，得有机溶剂提取物；有机溶剂提取物溶于水，用泡 沫分离技术在进料浓度2~4g/L，气速0. 6~0. 8L/min，进料高度比0. 4~0. 8的条件下 分离水浸提物，得皂苷粗提液。
[0019] 一种皂荚提取物皂苷的提取纯化方法，步骤如下：粉碎荚果或棘刺，水溶液作浸提 剂，料液比1:10~40,在超声波功率0. 1~0. 5W/cm2和浸提温度30~60°C条件下，提取 时间10~60min，得水溶液提取物；将水溶液旋转蒸发浓缩到一定程度，先加入醇溶液使浓 度为50 %~60 %，可除去淀粉等杂质，除去析出的沉淀；继续加入醇溶液，使醇溶液浓度大 于75%，可使蛋白质、色素等杂质析出，得到相对纯化的皂苷溶液，经紫外分光光度计检测 皂苷纯度为40 %~50%。
[0020] 一种皂荚提取物皂苷的提取纯化方法步骤如下：粉碎荚果或棘刺，甲醇或乙醇水 溶液作浸提剂，料液比1:10~40,用微波辅助加热提取，提取功率300~700W，提取时间 3~7分钟；所得有机溶剂提取物用非极性大孔吸附树脂（如PHD-100型）分离纯化，吸附 流速为〇. 5~1.0 mL/min，吸附液用量与树脂体积比为1:1，洗脱剂为70 %~80 %的甲醇溶 液，解吸时间为40~60min ;洗脱液浓缩干燥，得浅棕色粉末状的提取物，提取物含有皂苷 及其它物质，其中总皂苷含量可达60%~85%。
[0021] 一种皂荚提取物总皂苷的提取纯化方法步骤如下：粉碎荚果或棘刺，过60~80目 筛，用75%甲醇做超临界CO 2萃取皂苷的夹带剂，得皂苷粗提液，皂苷提取率为2. 31 %。利 用微滤与纳滤相结合的膜分离技术，纯化皂苷粗提液，冷冻干燥得浅棕色粉末状的粗皂苷， 其中皂苷含量为52. 1%。所得提取物含有皂苷及其它物质。
[0022] 皂荚皂苷提取物具有很强的乳化活性、润湿反转能力，能够用于表面活性剂采油 领域。在表活性剂采油过程中，皂苷溶液可与原油在水油两相流动剪切条件下，形成水包油 型乳化液，改善水油两相流度比，提高波及系数；皂荚皂苷溶液可以使原油与岩石间的润湿 接触角增加，使岩石表面由油润湿或中性润湿向水润湿性转变，可降低油滴在岩石表面的 粘附力，提高洗油效率。通过提高波及系数和洗油效率，提高石油采出率。
[0023] 皂荚提取物总皂苷具有润湿反转能力和很强的乳化活性，能够参与钻井液配置， 提高钻井液性能。钻井液在钻井过程中要起到携带钻肩、润滑钻头、平衡地层压力和保护井 壁等作用，因此钻井液的性能对钻井效率、防止事故起到关键作用。钻井液中加入润湿能力 和乳化活性较强的皂苷溶液，可以提高泥浆的润湿性、乳化稳定性、分散性等，并能保护设 备和加快钻速以及防止钻井中卡钻和塌井现象的发生，具有举足轻重的地位。
[0024] 随着石油开采，稠油所占的比例越来越大，稠油黏度较高，这给石油输运带来很大 的困难并消耗较多能量。目前，一个重要的解决办法是在稠油输运中使用表面活性剂乳化 降黏，使原油与表面活性剂溶液形成水包油型乳状液，这一形态比原油的粘度降低2~3个 数量级，从而有效改善输送过程中的流动性。皂荚提取物总皂苷具有