【摘要】：目前,石油仍然是最重要的能源之一。大多數(shù)原油以穩(wěn)定的W/O、O/W乳狀液開采出來,其中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等天然活性物質(zhì)吸附在油水界面上,形成穩(wěn)定的界面保護(hù)膜,阻礙液滴的聚結(jié)。原油乳狀液的油水分離是石油工業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一,化學(xué)破乳即向原油乳狀液中加入破乳劑是目前油田最常采用的破乳方法,納米材料因其具有獨特的物理與化學(xué)性質(zhì)在石油工業(yè)領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注,因此開發(fā)新型納米破乳劑具有非常重要的意義。本文基于納米材料獨特的性質(zhì),制備了三種針對原油乳液的納米破乳劑,研究了它們的破乳性能并探討了其破乳機(jī)理。主要內(nèi)容如下:以丙烯酸(AA)、丙烯酸甲酯(MA)和丙烯酸正丁酯(BA)為主要共聚單體,采用微懸浮法制備了一種丙烯酸酯類P(AA-BA-MA)納米破乳劑。通過FT-IR、~1H-NMR、激光粒度儀等對P(AA-BA-MA)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用瓶試法探討了P(AA-BA-MA)納米破乳劑對O/W原油乳液的破乳性能。研究結(jié)果表明:P(AA-BA-MA)的平均粒徑為83.81 nm,能有效降低甲苯溶液的表面張力;當(dāng)AA:MA:BA=3:1:6,破乳劑濃度為100 ppm以上時,對原油乳液具有良好的破乳性能,能快速高效的實現(xiàn)油水分離,破乳效率可達(dá)到85.91%以上,且水相清澈,油水界面整齊。采用混酸氧化法對碳納米管(CNTs)進(jìn)行修飾,再利用硅烷偶聯(lián)劑將正硅酸乙酯(TEOS)原位水解產(chǎn)生的SiO_2接枝到氧化碳納米管上,制備了一種納米復(fù)合破乳劑CNTs/SiO_2。通過FT-IR、UV、XRD、FT-SEM對CNTs/SiO_2結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,采用瓶試法和光學(xué)顯微鏡分別研究了其對W/O原油乳液的破乳性能和破乳機(jī)理。研究結(jié)果表明:CNTs/SiO_2的三相接觸角(θ)約為92.8°,CNTs/SiO_2具有良好的界面活性,能快速擴(kuò)散到油-水界面處;CNTs/SiO_2在界面的聚集和分布為界面保護(hù)膜的破壞提供了可能,可以快速地對W/O乳液破乳。當(dāng)破乳劑濃度和時間分別為500 ppm和30 min時,破乳效率可達(dá)87.40%,水相清澈。利用乙酰丙酮鐵(Fe(acac)_3)溶液為前驅(qū)體,采用水熱法將Fe_3O_4納米粒子接枝到氧化碳納米管表面上,制備了一種磁性碳納米管破乳劑(CNTs@Fe_3O_4)。通過FT-IR、XRD、FT-SEM、TEM、VSM對CNTs@Fe_3O_4結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,采用瓶試法研究了CNTs@Fe_3O_4對O/W含油廢水的破乳性能。研究結(jié)果表明:CNTs@Fe_3O_4具有良好的界面活性,能夠快速地遷移到油-水界面處。破壞油-水界面處的界面保護(hù)膜是破壞乳液的關(guān)鍵,CNTs@Fe_3O_4通過π-π相互作用與瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子相互作用,從而吸附瀝青質(zhì)分子產(chǎn)生不連續(xù)的界面膜;當(dāng)Fe_3O_4含量為70%時,濃度和沉降時間分別為600 ppm和30 min時,水相透光率達(dá)到92.1%,相對應(yīng)破乳效率達(dá)到99.6%;CNTs@Fe_3O_4具有優(yōu)異的可回收性,循環(huán)四次破乳性能沒有明顯下降。
【圖文】：

手指代表脂肪鏈；而將通過脂肪鏈連接具有兩個以上芳香體系的瀝青質(zhì)比喻成“島嶼結(jié)構(gòu)”（圖1-1.b））。此后，Mullins 采用核磁共振（NMR）光譜、小角度中子散射（SANS）和小角度 X 射線散射（SAXS）等技術(shù)提出瀝青質(zhì) Yen-Mullins 模型[13]。研究發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)分子量為 ~750 g/moL，主要以“大陸結(jié)構(gòu)”形式存在；瀝青質(zhì)分子在一定濃度下分層聚集形成納米聚集體，如圖 1-2 所示，6 個瀝青質(zhì)分子通過稠環(huán)芳烴的π-π堆積形成層狀結(jié)構(gòu)。此外，由于脂肪鏈的相互連接產(chǎn)生空間排斥作用，限制了納米聚集體的增長。隨著瀝青質(zhì)濃度增大，納米聚集體進(jìn)一步聚集形成瀝青質(zhì)膠束。一般而言，膠束中的納米聚集體不超過 10 個，瀝青質(zhì)膠束以及瀝青質(zhì)分子間的相互作用形成交叉網(wǎng)絡(luò)狀的牢固界面膜。苗杰[18]等認(rèn)為瀝青質(zhì)和水分子間通過氫鍵作用吸附在油-水界面，由于瀝青質(zhì)具有強(qiáng)極性和氫鍵以及π-π作用，瀝青質(zhì)能夠形成一種超分子結(jié)構(gòu)，阻礙了水滴的

圖 1-2 Yen-Mullins 模型Fig.1-2 Yen-Mullins models[18]質(zhì)結(jié)構(gòu)中脂肪族的碳含量比瀝青質(zhì)高，膠質(zhì)相對分子質(zhì)量比瀝青質(zhì)小，機(jī)酸[19]。膠質(zhì)是瀝青質(zhì)的良溶劑，對瀝青質(zhì)有分散作用，是瀝青質(zhì)分子的過渡形式，和瀝青質(zhì)具有強(qiáng)的協(xié)同作用。陳玉祥[20]等人認(rèn)為膠質(zhì)對瀝解作用，能夠阻礙瀝青質(zhì)的締合、聚結(jié)，影響瀝青質(zhì)形成界面膜的強(qiáng)度瀝青質(zhì)在一定的濃度范圍內(nèi)，乳液的穩(wěn)定性最好。夏立新[21]等認(rèn)為瀝青度大時，極易發(fā)生締合而形成聚集體，界面膜排列不夠致密，降低了乳定性。此外，相比較膠質(zhì)而言，，由于瀝青質(zhì)分子質(zhì)量較大，在更低的濃導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性下降。.2 環(huán)烷酸對原油乳狀液穩(wěn)定性的影響烷酸的結(jié)構(gòu)與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)類似，是一種天然的烷基取代酸，原油中天環(huán)烷酸為主，約占總酸量 95%左右。環(huán)烷酸以羧基為親水基團(tuán)，芳香環(huán)
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE39;TB383.1

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