【摘要】：納米技術(shù)憑借其尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特殊性能普及到各個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)也成為在油田應(yīng)用中的一種潛在提高原油采收率的手段。本課題以開發(fā)具備潛在油田應(yīng)用價(jià)值的,新型的改性納米材料體系為目標(biāo),主要從吸附結(jié)合性能、表面性能和泡沫性能三個(gè)角度,對(duì)不同納米材料與多種表面活性劑的改性體系進(jìn)行了研究。創(chuàng)新性地將泡沫體系的固定、冷凍干燥和掃描電鏡表征技術(shù)結(jié)合,對(duì)泡沫體系中納米材料的存在形態(tài)進(jìn)行微觀表征。探究了離子表面活性劑類型、磺酸鹽表面活性劑結(jié)構(gòu)以及納米材料的電性等對(duì)復(fù)合體系性能的影響機(jī)理。首先,使用新型表面活性劑壬基酚基癸基磺酸鹽(C10-NPAS)對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行原位活化改性,采用改進(jìn)的冷凍表征技術(shù),對(duì)納米材料在泡沫體系中的粒徑變化、分布情況及其與泡沫液膜壁厚度的關(guān)系進(jìn)行了微觀分析。結(jié)果表明,采用改進(jìn)的泡沫冷凍表征技術(shù),可以明確納米材料在穩(wěn)定泡沫過(guò)程中,存在適度聚集,且不均勻分布,其中部分聚集的納米顆粒主要集中在泡沫相底層形成致密保護(hù)膜,起到阻礙氣泡合并及液膜壁排水的作用。采用PVA為支撐劑固定泡沫雖取得良好效果,但仍需進(jìn)一步篩選更適宜的支撐材料。其次,分別對(duì)二氧化硅納米顆粒(Si O2-NPs)、碳納米顆粒(C-NPs)和氧化改性碳納米顆粒(改性C-NPs)進(jìn)行了原位活化改性,主要考察了納米顆粒-表面活性劑復(fù)合體系中,納米材料類型和濃度、表面活性劑類型和濃度、介質(zhì)中電解質(zhì)濃度等因素對(duì)復(fù)合體系的表面活性、吸附性能和泡沫性能的影響。結(jié)果表明,新型表面活性劑C10-NPAS可利用分子結(jié)構(gòu)中的羥基與Si O2-NPs、C-NPs及改性C-NPs表面的含氧基團(tuán)形成氫鍵結(jié)合改性,也完成利用陰離子表面活性劑改性帶負(fù)電材料的目的。通過(guò)吸附量的測(cè)定,C10-NPAS在Si O2-NPs、C-NPs、改性C-NPs三種NPs表面的吸附量分別維持在0.19mmol/g、0.15mmol/g及0.36 mmol/g;對(duì)三種體系來(lái)說(shuō),NPs的加入均對(duì)表面活性進(jìn)行了不同程度的提高,表現(xiàn)為表面張力下降斜率的絕對(duì)值增大,臨界膠束濃度升高和最低表面張力值下降。Si O2-NPs加入后表面張力-濃度曲線的拐點(diǎn)處斜率絕對(duì)值增大至原來(lái)的1.91倍,體系的臨界膠束濃度值(CMC)增大至原來(lái)的5.46倍,相應(yīng)最低表面張力值下降了1.05m N/m。C-NPs加入后表面張力-濃度曲線的拐點(diǎn)處斜率絕對(duì)值增大至原來(lái)的7.12倍,CMC增加至原來(lái)的3.13倍,相應(yīng)最低表面張力值下降了1.86m N/m。改性C-NPs加入后表面張力-濃度曲線的拐點(diǎn)處斜率絕對(duì)值增大至原來(lái)的1.70倍,CMC增加至原來(lái)的5.60倍,相應(yīng)最低表面張力值也降低了1.70 m N/m;Si O2-NPs及C-NPs對(duì)泡沫的穩(wěn)定性也有促進(jìn)作用,并發(fā)現(xiàn)NPs對(duì)泡沫的穩(wěn)定作用在消泡后期效果更顯著;經(jīng)篩選具有適宜穩(wěn)泡性能的發(fā)泡體系組成為CNPs=0.5wt%,CNa Cl=1wt%,CSur=0.3wt%,向該體系中分別添加0.5wt%的Si O2-NPs和C-NPs后,可使C10-NPAS體系的泡沫穩(wěn)定性分別提高至原來(lái)的2.63倍和1.70倍。同時(shí),由于C-NPs結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則多孔球狀,直鏈磺酸鹽(SDBS)會(huì)被吸附到顆粒內(nèi)部空隙中,而支鏈磺酸鹽(C10-NPAS)前期呈單層吸附,隨著表面活性劑濃度增大,排布緊密也有被吸附至顆粒內(nèi)部趨勢(shì);采用濃硝酸氧化法可以增強(qiáng)納米碳顆粒的親水性,得到改性C-NPs,經(jīng)篩選適宜氧化溫度為120℃,收率為60.18%;改性C-NPs具備較低表面活性,較強(qiáng)穩(wěn)泡性能,但發(fā)泡性差,靠單純加入C10-NPAS增加發(fā)泡性又維持較高穩(wěn)泡性能效果不明顯。
【圖文】：

東北石油大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文米二氧化硅及泡沫體系的基體系中的作用及其表征方法已在第 1 章沫體系為例，闡述改進(jìn)表征技術(shù)在體系體系的穩(wěn)定作用機(jī)理。以及該表征方法親水型納米二氧化硅：純度為 99.8%，初來(lái)自麥克林。材料的合成方法為氣相處理 24h，確保干燥；壬基酚基癸基磺如圖 2-1 所示，需要預(yù)先經(jīng)過(guò)合成與表；聚乙烯醇，平均分子量為 74-80KDa

濃度(wt%)Zeta電位(mV)平均粒徑(nm)PDIZeta 電位(mV)平均粒徑(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穩(wěn)定情況及平均粒徑數(shù)據(jù)對(duì)比可知，在適宜實(shí)際應(yīng)用的濃度 SiO2-NPs 的改性優(yōu)于常規(guī)改性劑 CTAB。與此同時(shí)，C10-NPAS 與靜電力，其改性機(jī)理是由于表面具有酚羥基的磺酸鹽類表面活性劑硅羥基形成氫鍵，從而具備較好的改性效果，，具備良好的分散效果具備良好的穩(wěn)定作用。其機(jī)理圖如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE39

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2667883