基本信息
- 项目名称：
- 环糊精改性的阴阳离子丙烯酰胺聚合物的合成和性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 丙烯酰胺和烯丙基环糊精两种单体都分别与丙烯酸和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵通过自由基共聚作用合成了阴离子聚合物和阳离子聚合物。采用傅里叶红外光谱和电子扫描电镜对合成产物的结构进行表征。随后，对这两种聚合物在最佳聚合反应条件、水溶性、特性粘数、粘均分子量、流变学性质、表面张力以及缓蚀性能方面进行了评价。
- 详细介绍：
- 丙烯酰胺（AM）和烯丙基环糊精（A-CD）两种单体分别与丙烯酸（NaAA）和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C16DMAAC）通过自由基共聚作用合成了AM/A-CD/NaAA阴离子聚合物和AM/A-CD/C16DMAAC阳离子聚合物。采用傅里叶红外光谱和电子扫描电镜对合成产物的结构进行表征证实合成产物为目标聚合物。随后，对这两种聚合物在最佳聚合反应条件、水溶性、特性粘数、粘均分子量、流变学性质、表面张力以及缓蚀性能方面进行了评价，发现阳离子聚合物具有更好的水溶性、耐温性、耐盐性和缓蚀性能，且反应条件也比较温和；而阴离子聚合物具有更好的空间结构、增粘性、抗剪切性能以及表面张力。综合以上因素比较，阴离子更适合于油藏开采中提高采收率，而阳离子聚合物更适合应用在管道缓蚀，絮凝水处理等更为广泛的运用范围。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:制备高抗盐抗温抗剪切性的环糊精改性阴离子聚丙烯酰胺，来代替聚丙烯酰胺作为三次采油的驱油剂，从而提高原油采收率。并用于减缓钢管腐蚀，延长油输管道使用寿命。 思路:丙烯酰胺单体和实验室自制环糊精单体都分别与阴阳离子单体反应合成阴阳离子丙烯酰胺聚合物。通过流变学性能实验比较阴阳离子聚合物及聚丙烯酰胺的性能，研究它们提高石油采收率的可行性。进行挂片腐蚀模拟实验探究它们在油输管道中对钢管的缓蚀效果。
科学性、先进性及独特之处
- 关于聚丙烯酰胺作为驱油剂用于三次采油的报道非常之多。但是将环糊精的包络作用引入到聚丙烯酰胺，再与阴阳离子单体共聚得到阴阳离子丙烯酰胺聚合物用于油藏开采和管道腐蚀，国内外几乎没有这方面的研究。实验室首次合成新型共聚物，并通过实验探究发现该类聚合物确实存在高耐温抗盐性和抗剪切性以及强缓蚀行为等良好特性。
应用价值和现实意义
- 化学剂驱已广泛用于油气开采，但是它仍存在些许不足。研究报道，一般聚合物驱油剂由于地层高温高矿化度的影响，对提高油藏采收率作用有限，甚至还有副作用。针对以上问题，我们研究新型水溶性阴阳离子聚合物，通过改善水-油-黏土表面张力，提高驱替率，并减少表面活性剂损失。此外，针对管道腐蚀严重，该阳离子聚合物还能有效地吸附在管道内表面，减缓油管腐蚀。这类环糊精改性丙烯酰胺聚合物在油藏开采方面具有很大的潜在运用。
学术论文摘要
- 丙烯酰胺（AM）和烯丙基环糊精（A-CD）两种单体分别与丙烯酸（NaAA）和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C16DMAAC）通过自由基共聚作用合成了AM/A-CD/NaAA阴离子聚合物和AM/A-CD/C16DMAAC阳离子聚合物。采用傅里叶红外光谱和电子扫描电镜对合成产物的结构进行表征。随后，对这两种聚合物在最佳聚合反应条件、水溶性、特性粘数、粘均分子量、流变学性质、表面张力以及缓蚀性能方面进行了评价，发现阳离子聚合物具有更好的水溶性、耐温性、耐盐性和缓蚀性能；而阴离子聚合物具有更好的空间结构、增粘性、抗剪切性能以及表面张力。综合以上因素比较，阴离子更适合于油藏开采中提高采收率，而阳离子聚合物更适合应用在管道缓蚀，絮凝水处理等更为广泛的运用范围。
获奖情况
- 暂未在任何刊物上发表，但已经向Carbohydrate Polymers期刊(Elsevier杂志)投稿，正在审稿中。
鉴定结果
- 暂无
参考文献
- 1、聚丙烯酰胺驱油技术作为化学驱油剂在三次采油领域中得到了推广应用，是目前一种常用的提高石油采收率的方法。 2、超分子化学是化学的一个崭新的分支。在超分子体系中，研究最多的是环状糊精化合物。环糊精分子拥有”外亲水，内疏水”的特殊结构，能够与有机分子形成主客体包络物。 3、缓蚀剂由于添加量少、工艺简便，能降低介质的侵蚀性和材料的腐蚀速率，被广泛运用于石油开采、化学清洗、水处理和金属制品储运等工程中。 检索目录： 1、超星电子图书馆 检索式： 书名=水溶性聚合物 2、中国期刊全文数据库 检索式： 关键词=（聚丙酰胺）*（三次采油）*（提高采收率） 关键词=（超分子化学）*（环糊精） 关键词=（主客体）*（环糊精） 关键词=（阴阳离子聚合物）*（缓蚀剂） 3、Google 学术搜索 检索式： 包含字词=( supramolecular chemistry)and(cyclodextrin) 包含字词=(polyacrylamide) and (enhance oil recovery) 包含字词=(polyacrylamide) and (anionic and cationic polymers) and (corrosion inhibitor) 包含字词= (polymer) and (tertiary oil recovery) 4、Elsevier 及 John Willy 全文期刊 检索式： Keywords=(polyacrylamide) and (enhance oil recovery) Keywords=(anionic and cationic polymers) and (corrosion inhibitor) Keywords=( supramolecular chemistry)and(cyclodextrin) Keywords=( acrylamide polymers)
同类课题研究水平概述
- 1、目前，水溶性聚合物广泛应用于国民经济的各个方面，在石油开采、污水处理、化工及药物等领域具有巨大的应用价值。石油天然气工业的快速发展对水溶性聚合物提出了更高的要求。 2、近年来，超分子化学迅速发展，已日益成为当代化学家注目的焦点。在超分子体系中，研究最多的是环状糊精化合物，环糊精（CDs）是由多个吡喃葡萄糖单元以α-1，4键合的环状产物，具有内腔疏水、外壁亲水去顶锥形空腔的特殊结构，能够包结阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂，在油－水两相体系中具有广泛的应用前景。 3、目前用于提高采收率技术的化学驱主要有聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱以及上述三种驱的复合驱。由于化学剂间的协同效应，聚合物驱能更大幅度的提高石油采收率，成为人们关注的对象。 4、针对二次采油未能采出的残余油和剩余油，进行三次采油是提高采收率的重要方法，其中聚合物驱油是我国三次采油中非常重要并大规模实施的技术。相对分子质量高的部分水解聚丙烯酰胺被广泛用作三次采油中的聚合物驱，可以提高油田注入液的粘度、调整水油流度比、改善油藏的非均质性、提高注入液的波及系数。但部分水解聚丙烯酰胺在实际应用中也存在一些问题，如耐温抗盐性能差等。随着油藏温度的升高，地层水矿化度增大，聚丙烯酰胺水溶液的粘度大幅下降，不能满足在高温、高盐条件下增加注入液粘度的要求。 5、实用的缓蚀剂, 多是由含有N、O、S、P 等易提供孤对电子的原子或不饱和键的活性基团分子构成的复配体系。缓蚀剂缓蚀作用的实现途径：改变腐蚀金属的表面状态, 从而降低腐蚀速度；起负催化作用, 改变腐蚀过程的反应机理,从改变腐蚀金属表面状态的情况来对缓蚀剂分类。可将其分为成膜型和吸附型。吸附型缓蚀剂通过物理或化学吸附作用, 在金属/介质界面发生聚集,抑制金属离子化的阳极反应和/或介质中氧化剂去极化的阴极反应, 从而降低金属的腐蚀速度。研究表明, 大多数有机缓蚀剂是通过在金属/介质界面吸附来抑制金属腐蚀。
