纳米材料—磺酸盐类表面活性剂复合体系的性能研究

发布时间：2020-05-17 03:52

【摘要】：纳米技术凭借其尺寸效应、表面效应等特殊性能普及到各个领域,同时也成为在油田应用中的一种潜在提高原油采收率的手段。本课题以开发具备潜在油田应用价值的,新型的改性纳米材料体系为目标,主要从吸附结合性能、表面性能和泡沫性能三个角度,对不同纳米材料与多种表面活性剂的改性体系进行了研究。创新性地将泡沫体系的固定、冷冻干燥和扫描电镜表征技术结合,对泡沫体系中纳米材料的存在形态进行微观表征。探究了离子表面活性剂类型、磺酸盐表面活性剂结构以及纳米材料的电性等对复合体系性能的影响机理。首先,使用新型表面活性剂壬基酚基癸基磺酸盐(C10-NPAS)对纳米二氧化硅进行原位活化改性,采用改进的冷冻表征技术,对纳米材料在泡沫体系中的粒径变化、分布情况及其与泡沫液膜壁厚度的关系进行了微观分析。结果表明,采用改进的泡沫冷冻表征技术,可以明确纳米材料在稳定泡沫过程中,存在适度聚集,且不均匀分布,其中部分聚集的纳米颗粒主要集中在泡沫相底层形成致密保护膜,起到阻碍气泡合并及液膜壁排水的作用。采用PVA为支撑剂固定泡沫虽取得良好效果,但仍需进一步筛选更适宜的支撑材料。其次,分别对二氧化硅纳米颗粒(Si O2-NPs)、碳纳米颗粒(C-NPs)和氧化改性碳纳米颗粒(改性C-NPs)进行了原位活化改性,主要考察了纳米颗粒-表面活性剂复合体系中,纳米材料类型和浓度、表面活性剂类型和浓度、介质中电解质浓度等因素对复合体系的表面活性、吸附性能和泡沫性能的影响。结果表明,新型表面活性剂C10-NPAS可利用分子结构中的羟基与Si O2-NPs、C-NPs及改性C-NPs表面的含氧基团形成氢键结合改性,也完成利用阴离子表面活性剂改性带负电材料的目的。通过吸附量的测定,C10-NPAS在Si O2-NPs、C-NPs、改性C-NPs三种NPs表面的吸附量分别维持在0.19mmol/g、0.15mmol/g及0.36 mmol/g;对三种体系来说,NPs的加入均对表面活性进行了不同程度的提高,表现为表面张力下降斜率的绝对值增大,临界胶束浓度升高和最低表面张力值下降。Si O2-NPs加入后表面张力-浓度曲线的拐点处斜率绝对值增大至原来的1.91倍,体系的临界胶束浓度值(CMC)增大至原来的5.46倍,相应最低表面张力值下降了1.05m N/m。C-NPs加入后表面张力-浓度曲线的拐点处斜率绝对值增大至原来的7.12倍,CMC增加至原来的3.13倍,相应最低表面张力值下降了1.86m N/m。改性C-NPs加入后表面张力-浓度曲线的拐点处斜率绝对值增大至原来的1.70倍,CMC增加至原来的5.60倍,相应最低表面张力值也降低了1.70 m N/m;Si O2-NPs及C-NPs对泡沫的稳定性也有促进作用,并发现NPs对泡沫的稳定作用在消泡后期效果更显著;经筛选具有适宜稳泡性能的发泡体系组成为CNPs=0.5wt%,CNa Cl=1wt%,CSur=0.3wt%,向该体系中分别添加0.5wt%的Si O2-NPs和C-NPs后,可使C10-NPAS体系的泡沫稳定性分别提高至原来的2.63倍和1.70倍。同时,由于C-NPs结构呈不规则多孔球状,直链磺酸盐(SDBS)会被吸附到颗粒内部空隙中,而支链磺酸盐(C10-NPAS)前期呈单层吸附,随着表面活性剂浓度增大,排布紧密也有被吸附至颗粒内部趋势;采用浓硝酸氧化法可以增强纳米碳颗粒的亲水性,得到改性C-NPs,经筛选适宜氧化温度为120℃,收率为60.18%;改性C-NPs具备较低表面活性,较强稳泡性能,但发泡性差,靠单纯加入C10-NPAS增加发泡性又维持较高稳泡性能效果不明显。
【图文】：

东北石油大学工程硕士专业学位论文米二氧化硅及泡沫体系的基体系中的作用及其表征方法已在第 1 章沫体系为例，阐述改进表征技术在体系体系的稳定作用机理。以及该表征方法亲水型纳米二氧化硅：纯度为 99.8%，初来自麦克林。材料的合成方法为气相处理 24h，确保干燥；壬基酚基癸基磺如图 2-1 所示，需要预先经过合成与表；聚乙烯醇，平均分子量为 74-80KDa

浓度(wt%)Zeta电位(mV)平均粒径(nm)PDIZeta 电位(mV)平均粒径(nm)P0.001 -16.98 192.5 0.291 -21.08 234.1 00.005 -25.32 196.1 0.196 -23.56 431.2 00.01 -35.07 199.8 0.198 -5.00 176111 00.05 -29.04 212.7 0.209 9.60 1523.6 00.1 -24.47 200.1 0.212 22.75 395.4 00.5 -12.81 193.6 0.224 34.38 216.5 01 -14.89 280.0 0.234 45.92 210.7 02 -12.27 295.0 0.236 42.32 215.0 0稳定情况及平均粒径数据对比可知，在适宜实际应用的浓度 SiO2-NPs 的改性优于常规改性剂 CTAB。与此同时，C10-NPAS 与静电力，其改性机理是由于表面具有酚羟基的磺酸盐类表面活性剂硅羟基形成氢键，从而具备较好的改性效果，，具备良好的分散效果具备良好的稳定作用。其机理图如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE39

【参考文献】

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本文编号：2667883