两种体系中表面活性剂的种类对碳酸钙形貌及物相的影响

发布时间：2020-10-19 12:58

　　 不同尺寸、物相、形貌的碳酸钙在工业上有不同的应用,不仅如此,碳酸钙还是油田生产过程中常见的结垢物质之一。因此,研究不同化学环境下所得到的碳酸钙的物相与形貌以及添加剂对碳酸钙物相和形貌的影响,对于碳酸钙的应用及油田垢的认知都具有一定意义。本论文通过采用氯化钙、碳酸钠直接混合沉淀法,研究了水体系及体积分数10%的水包油煤油乳液体系中不同的表面活性剂(阴、阳、非三种类型离子表面活性剂)及其他添加剂的调控对碳酸钙物相、形貌、及生长过程的影响,并通过FT-IR、XRD表征手段对收集到的样品的物相进行表征,用SEM表征手段对样品的形貌进行表征。研究发现:水体系中,阴离子表面活性剂SDS、HABS和SDBS都是在反应初期促进了晶型的转化,而反应后期抑制了晶型的转化;阳离子表面活性剂CTAB前期稍稍抑制了晶型的转化,而后期促进了晶型的转化;非离子表面活性剂OP-10在整个熟化的整个过程中都是促进了球霰石向方解石的转化。其中,非离子表面活性剂OP-10单独调控的体系对碳酸钙形貌影响较小,而OP-10与HPAM共同调控的体系使获得的碳酸钙颗粒边界模糊、表面粗糙且晶体内部存在缺陷。阴离子表面活性剂HABS和SDBS后期的抑制程度明显大于SDS,这是由于HABS和SDBS结构中的端位含具有较大的空间位阻的苯环,从而阻碍了晶型转化的过程。而且,不同于常规的立方状方解石,在添加剂SDS调控下合成的方解石碳酸钙是由大量棱角分明的碎块堆积而成的不规则球体。HABS和SiO_2共同调控的体系可形成花生状、无规则聚集体及麦穗状特殊形貌。在乳液体系中,不同类型的表面活性剂对碳酸钙的影响与水体系中既有相同的地方,又有不同的地方。阴离子表面活性剂SDS、阳离子表面活性剂CTAB和非离子表面活性剂OP-10与HPAM共同调控的乳液体系对碳酸钙由球霰石向方解石的转化都起到了促进的作用。SDS乳化的煤油乳液介质抑制了晶体向完好形貌的生长,所形成的碳酸钙普遍呈现缺损球、不规则立方及碎块状。而非离子表面活性剂OP-10和阴离子表面活性剂SDBS调控的乳液体系对碳酸钙由球霰石向方解石的转化都起到了抑制的作用,SDBS调控的乳液体系对碳酸钙形成有晶型过程的抑制作用尤为明显,是可以维持纳米级的先驱相无定形碳酸钙在熟化时间维0.5 h依旧存在的一种新体系。同时,本文针对两种体系中不同添加剂如何导致的碳酸钙的不同生长方式、形貌及物相进行了机理探究,并以机理图的形式进行了阐释。这可以对不同体系条件下碳酸钙的形貌、物相及性质进行预测,并对油田结垢相关工作有理论指导意义。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ132.32
【部分图文】：

常见的是方解石和球霰石。不同体系、不同添加剂及不同合成方法会影响碳核过程，导致不同物相和形貌。不同晶型、尺寸及形貌的碳酸钙在工业上有。同时，CaCO3也是油田生产中常见的结垢物质之一[1]。研究 CaCO3的晶型与形貌，无论是对于 CaCO3的应用，还是对于油田垢的大意义。因此本文选用了水体系及煤油乳液体系，研究不同体系及添加剂对貌及晶型的影响。碳酸钙的成核过程及合成方法碳酸钙是一种无机化合物，在常温下微溶于水，其水溶液的 pH 值在 9.5 与 量的中外学者对碳酸钙的形成进行了研究，学者们普遍认为碳酸钙的形成下三个部分：晶核形成、晶体长大和晶型转变。在碳酸钙晶体形成的过程中核形成对碳酸钙的复杂结构有着重要影响；而晶体生长及晶型转化也会受到、有机物及不同物化条件的影响。它们分别从动力学和热力学两个角度影响长速度、颗粒间的聚集程度晶体的成核位点等，进而促进不同晶型及形貌的成，形成路线如图 1-1 所示[2]。

体系中存在添加剂时，添加剂吸附到最初的颗粒表面，通过中尺度自组装形成体（图 1-1 路径 c）。除了上述三种途径外，晶核簇还可以由最初的无定形颗粒以某种方式最终形成有复杂形貌晶体（图 1-1 路径 d）。不同碳酸钙的形成受多种因素的制约。Chen 等[3]的研究表明，体系中溶液的度对晶体的诱导、生长、形貌和结晶速率有着重要影响。此外，碳酸钙因形成过处的位置不同（体相直接沉积、在金属表面沉积）晶体尺寸有所不同。对比实验属表面沉积形成的碳酸钙晶体粒径较体相直接沉积晶体的尺寸大，这证实了与均条件相比，异相成核促进了晶体的生长。英国学者 Neville[4]也对碳酸钙在体相沉金属表面的沉积的两种成核方式进行了对比，如图 1-2。溶液中物质的结晶需要核及随之而来的晶体生长，均相成核是本体溶液中的原子/分子排列形成晶体并界簇尺寸的过程，该尺寸的颗粒是晶体的稳定核。异相成核是指晶体在现有固体形成核，通常不是指液体中其他物质的表面或任何其他与流体的界面的表面。以成核为例，均相成核是指过饱和的体相溶液中存在有钙离子和碳酸根离子的离子者结合为亚稳态的晶体/晶核，该晶核生长在有缺损的晶体的不完好位点处（图）；异相成核是指钙离子和碳酸根离子组成的离子对生长在金属管壁上的表面缺损

同表面活性剂浓度的水包油乳液中碳酸钙成核颗粒的聚集状态：低浓度(1)，不同形貌及晶型的碳酸钙的传统方法有改变溶剂、温度、pH 值及使。由于不同晶型及形貌的碳酸钙具有不同的性质，因此，多形性在使钙的形成或用于内部的其他化学品中起到了重要作用。研究表明各种碳酸钙的成核、结晶及生长过程而对其晶型及形貌产生影响的，碳酸相互作用机制取决于添加剂分子的尺寸、离子电荷和结构，这些添加为可溶性添加剂、非可溶性添加剂、有机添加剂、无机添加剂、大分加剂等等，有机添加剂使用最普遍，通常为表面活性剂。表面活性剂质在碳酸钙结晶过程中起到了很大的作用，不同类型的表面活性剂对的影响不同[6]，有的起抑制结晶转化的作用，有的则促进碳酸钙结晶处理过的碳酸钙表面能降低，其表面发生反转作用变成疏水亲油性[表面活性剂处理过的尺寸小。CaCO3按粒径尺寸可分为微粒碳酸钙(碳酸钙（直径 l μm~5 μm）、微细碳酸钙（直径 0.1 μm~1 μm）、超细m~0.1 μm）、超微细碳酸钙（直径小于 0.02μm）、纳米碳酸钙（直径 颗粒尺寸不同的碳酸钙应用范围不同。间歇搅拌式碳化法可制得纳
【参考文献】

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本文编号：2847230