不同尺寸、物相、形貌的碳酸鈣在工業(yè)上有不同的應用,不僅如此,碳酸鈣還是油田生產過程中常見的結垢物質之一。因此,研究不同化學環(huán)境下所得到的碳酸鈣的物相與形貌以及添加劑對碳酸鈣物相和形貌的影響,對于碳酸鈣的應用及油田垢的認知都具有一定意義。本論文通過采用氯化鈣、碳酸鈉直接混合沉淀法,研究了水體系及體積分數10%的水包油煤油乳液體系中不同的表面活性劑(陰、陽、非三種類型離子表面活性劑)及其他添加劑的調控對碳酸鈣物相、形貌、及生長過程的影響,并通過FT-IR、XRD表征手段對收集到的樣品的物相進行表征,用SEM表征手段對樣品的形貌進行表征。研究發(fā)現:水體系中,陰離子表面活性劑SDS、HABS和SDBS都是在反應初期促進了晶型的轉化,而反應后期抑制了晶型的轉化;陽離子表面活性劑CTAB前期稍稍抑制了晶型的轉化,而后期促進了晶型的轉化;非離子表面活性劑OP-10在整個熟化的整個過程中都是促進了球霰石向方解石的轉化。其中,非離子表面活性劑OP-10單獨調控的體系對碳酸鈣形貌影響較小,而OP-10與HPAM共同調控的體系使獲得的碳酸鈣顆粒邊界模糊、表面粗糙且晶體內部存在缺陷。陰離子表面活性劑HABS和SDBS后期的抑制程度明顯大于SDS,這是由于HABS和SDBS結構中的端位含具有較大的空間位阻的苯環(huán),從而阻礙了晶型轉化的過程。而且,不同于常規(guī)的立方狀方解石,在添加劑SDS調控下合成的方解石碳酸鈣是由大量棱角分明的碎塊堆積而成的不規(guī)則球體。HABS和SiO_2共同調控的體系可形成花生狀、無規(guī)則聚集體及麥穗狀特殊形貌。在乳液體系中,不同類型的表面活性劑對碳酸鈣的影響與水體系中既有相同的地方,又有不同的地方。陰離子表面活性劑SDS、陽離子表面活性劑CTAB和非離子表面活性劑OP-10與HPAM共同調控的乳液體系對碳酸鈣由球霰石向方解石的轉化都起到了促進的作用。SDS乳化的煤油乳液介質抑制了晶體向完好形貌的生長,所形成的碳酸鈣普遍呈現缺損球、不規(guī)則立方及碎塊狀。而非離子表面活性劑OP-10和陰離子表面活性劑SDBS調控的乳液體系對碳酸鈣由球霰石向方解石的轉化都起到了抑制的作用,SDBS調控的乳液體系對碳酸鈣形成有晶型過程的抑制作用尤為明顯,是可以維持納米級的先驅相無定形碳酸鈣在熟化時間維0.5 h依舊存在的一種新體系。同時,本文針對兩種體系中不同添加劑如何導致的碳酸鈣的不同生長方式、形貌及物相進行了機理探究,并以機理圖的形式進行了闡釋。這可以對不同體系條件下碳酸鈣的形貌、物相及性質進行預測,并對油田結垢相關工作有理論指導意義。
【學位單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ132.32
【部分圖文】：

常見的是方解石和球霰石。不同體系、不同添加劑及不同合成方法會影響碳核過程，導致不同物相和形貌。不同晶型、尺寸及形貌的碳酸鈣在工業(yè)上有。同時，CaCO3也是油田生產中常見的結垢物質之一[1]。研究 CaCO3的晶型與形貌，無論是對于 CaCO3的應用，還是對于油田垢的大意義。因此本文選用了水體系及煤油乳液體系，研究不同體系及添加劑對貌及晶型的影響。碳酸鈣的成核過程及合成方法碳酸鈣是一種無機化合物，在常溫下微溶于水，其水溶液的 pH 值在 9.5 與 量的中外學者對碳酸鈣的形成進行了研究，學者們普遍認為碳酸鈣的形成下三個部分：晶核形成、晶體長大和晶型轉變。在碳酸鈣晶體形成的過程中核形成對碳酸鈣的復雜結構有著重要影響；而晶體生長及晶型轉化也會受到、有機物及不同物化條件的影響。它們分別從動力學和熱力學兩個角度影響長速度、顆粒間的聚集程度晶體的成核位點等，進而促進不同晶型及形貌的成，形成路線如圖 1-1 所示[2]。

體系中存在添加劑時，添加劑吸附到最初的顆粒表面，通過中尺度自組裝形成體（圖 1-1 路徑 c）。除了上述三種途徑外，晶核簇還可以由最初的無定形顆粒以某種方式最終形成有復雜形貌晶體（圖 1-1 路徑 d）。不同碳酸鈣的形成受多種因素的制約。Chen 等[3]的研究表明，體系中溶液的度對晶體的誘導、生長、形貌和結晶速率有著重要影響。此外，碳酸鈣因形成過處的位置不同（體相直接沉積、在金屬表面沉積）晶體尺寸有所不同。對比實驗屬表面沉積形成的碳酸鈣晶體粒徑較體相直接沉積晶體的尺寸大，這證實了與均條件相比，異相成核促進了晶體的生長。英國學者 Neville[4]也對碳酸鈣在體相沉金屬表面的沉積的兩種成核方式進行了對比，如圖 1-2。溶液中物質的結晶需要核及隨之而來的晶體生長，均相成核是本體溶液中的原子/分子排列形成晶體并界簇尺寸的過程，該尺寸的顆粒是晶體的穩(wěn)定核。異相成核是指晶體在現有固體形成核，通常不是指液體中其他物質的表面或任何其他與流體的界面的表面。以成核為例，均相成核是指過飽和的體相溶液中存在有鈣離子和碳酸根離子的離子者結合為亞穩(wěn)態(tài)的晶體/晶核，該晶核生長在有缺損的晶體的不完好位點處（圖）；異相成核是指鈣離子和碳酸根離子組成的離子對生長在金屬管壁上的表面缺損

同表面活性劑濃度的水包油乳液中碳酸鈣成核顆粒的聚集狀態(tài)：低濃度(1)，不同形貌及晶型的碳酸鈣的傳統(tǒng)方法有改變溶劑、溫度、pH 值及使。由于不同晶型及形貌的碳酸鈣具有不同的性質，因此，多形性在使鈣的形成或用于內部的其他化學品中起到了重要作用。研究表明各種碳酸鈣的成核、結晶及生長過程而對其晶型及形貌產生影響的，碳酸相互作用機制取決于添加劑分子的尺寸、離子電荷和結構，這些添加為可溶性添加劑、非可溶性添加劑、有機添加劑、無機添加劑、大分加劑等等，有機添加劑使用最普遍，通常為表面活性劑。表面活性劑質在碳酸鈣結晶過程中起到了很大的作用，不同類型的表面活性劑對的影響不同[6]，有的起抑制結晶轉化的作用，有的則促進碳酸鈣結晶處理過的碳酸鈣表面能降低，其表面發(fā)生反轉作用變成疏水親油性[表面活性劑處理過的尺寸小。CaCO3按粒徑尺寸可分為微粒碳酸鈣(碳酸鈣（直徑 l μm~5 μm）、微細碳酸鈣（直徑 0.1 μm~1 μm）、超細m~0.1 μm）、超微細碳酸鈣（直徑小于 0.02μm）、納米碳酸鈣（直徑 顆粒尺寸不同的碳酸鈣應用范圍不同。間歇攪拌式碳化法可制得納
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 趙麗娜;劉冬雪;王悅;陳浩;;片狀碳酸鈣粒子的制備及表征[J];化學工程師;2012年10期

2 張群;陳敏;孫新園;潘玉鎖;;檸檬酸鈉作用下碳酸鈣的制備[J];人工晶體學報;2012年02期

3 丁紅霞;尹曉爽;楊文忠;;聚合物與表面活性劑混合模板調控碳酸鈣結晶[J];人工晶體學報;2011年01期

4 葉穎;金江;吳穎菁;張超;李鋒;;W/O型微乳法制備超細球形碳酸鈣[J];硅酸鹽通報;2006年04期

5 陳先勇,唐琴,史伯安,周貴云;單分散球形納米碳酸鈣制備研究[J];非金屬礦;2005年02期

6 孫紅娟,常有軍;鼓泡法制備文石型碳酸鈣晶須的實驗研究[J];中國礦業(yè);2005年02期

7 陳均志,趙艷娜;輕質碳酸鈣的表面改性及其界面行為[J];中國造紙;2004年01期

8 吉欣,郭新勇,武國寶,倉向輝;乳狀液膜法制備超細碳酸鈣[J];化學研究;2002年03期

9 張德,楊海濤,沈上越;輕質碳酸鈣與重質碳酸鈣比較[J];非金屬礦;2001年S1期

10 謝英惠,何豫基,任寶山,曹吉林;多形狀超細碳酸鈣的研究[J];河北工業(yè)大學學報;2000年06期

相關博士學位論文 前2條

1 蔡國斌;無定形碳酸鈣的一些合成、轉化及性質研究[D];中國科學技術大學;2010年

2 趙麗娜;碳酸鈣的形貌控制及表面改性研究[D];吉林大學;2009年

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1 沈微;油田三元復合驅結垢樣品形貌及結晶形態(tài)研究[D];吉林大學;2012年

本文編號：2847230