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基本信息

項目名稱：
環(huán)糊精改性的陰陽離子丙烯酰胺聚合物的合成和性能研究
小類：
能源化工
簡介：
丙烯酰胺和烯丙基環(huán)糊精兩種單體都分別與丙烯酸和十六烷基二甲基烯丙基氯化銨通過自由基共聚作用合成了陰離子聚合物和陽離子聚合物。采用傅里葉紅外光譜和電子掃描電鏡對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。隨后，對這兩種聚合物在最佳聚合反應(yīng)條件、水溶性、特性粘數(shù)、粘均分子量、流變學(xué)性質(zhì)、表面張力以及緩蝕性能方面進(jìn)行了評價。
詳細(xì)介紹：
丙烯酰胺（AM）和烯丙基環(huán)糊精（A-CD）兩種單體分別與丙烯酸（NaAA）和十六烷基二甲基烯丙基氯化銨（C16DMAAC）通過自由基共聚作用合成了AM/A-CD/NaAA陰離子聚合物和AM/A-CD/C16DMAAC陽離子聚合物。采用傅里葉紅外光譜和電子掃描電鏡對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征證實合成產(chǎn)物為目標(biāo)聚合物。隨后，對這兩種聚合物在最佳聚合反應(yīng)條件、水溶性、特性粘數(shù)、粘均分子量、流變學(xué)性質(zhì)、表面張力以及緩蝕性能方面進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)陽離子聚合物具有更好的水溶性、耐溫性、耐鹽性和緩蝕性能，且反應(yīng)條件也比較溫和；而陰離子聚合物具有更好的空間結(jié)構(gòu)、增粘性、抗剪切性能以及表面張力。綜合以上因素比較，陰離子更適合于油藏開采中提高采收率，而陽離子聚合物更適合應(yīng)用在管道緩蝕，絮凝水處理等更為廣泛的運用范圍。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的:制備高抗鹽抗溫抗剪切性的環(huán)糊精改性陰離子聚丙烯酰胺，來代替聚丙烯酰胺作為三次采油的驅(qū)油劑，從而提高原油采收率。并用于減緩鋼管腐蝕，延長油輸管道使用壽命。 思路:丙烯酰胺單體和實驗室自制環(huán)糊精單體都分別與陰陽離子單體反應(yīng)合成陰陽離子丙烯酰胺聚合物。通過流變學(xué)性能實驗比較陰陽離子聚合物及聚丙烯酰胺的性能，研究它們提高石油采收率的可行性。進(jìn)行掛片腐蝕模擬實驗探究它們在油輸管道中對鋼管的緩蝕效果。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

關(guān)于聚丙烯酰胺作為驅(qū)油劑用于三次采油的報道非常之多。但是將環(huán)糊精的包絡(luò)作用引入到聚丙烯酰胺，再與陰陽離子單體共聚得到陰陽離子丙烯酰胺聚合物用于油藏開采和管道腐蝕，國內(nèi)外幾乎沒有這方面的研究。實驗室首次合成新型共聚物，并通過實驗探究發(fā)現(xiàn)該類聚合物確實存在高耐溫抗鹽性和抗剪切性以及強緩蝕行為等良好特性。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

化學(xué)劑驅(qū)已廣泛用于油氣開采，但是它仍存在些許不足。研究報道，一般聚合物驅(qū)油劑由于地層高溫高礦化度的影響，對提高油藏采收率作用有限，甚至還有副作用。針對以上問題，我們研究新型水溶性陰陽離子聚合物，通過改善水-油-黏土表面張力，提高驅(qū)替率，并減少表面活性劑損失。此外，針對管道腐蝕嚴(yán)重，該陽離子聚合物還能有效地吸附在管道內(nèi)表面，減緩油管腐蝕。這類環(huán)糊精改性丙烯酰胺聚合物在油藏開采方面具有很大的潛在運用。

學(xué)術(shù)論文摘要

丙烯酰胺（AM）和烯丙基環(huán)糊精（A-CD）兩種單體分別與丙烯酸（NaAA）和十六烷基二甲基烯丙基氯化銨（C16DMAAC）通過自由基共聚作用合成了AM/A-CD/NaAA陰離子聚合物和AM/A-CD/C16DMAAC陽離子聚合物。采用傅里葉紅外光譜和電子掃描電鏡對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。隨后，對這兩種聚合物在最佳聚合反應(yīng)條件、水溶性、特性粘數(shù)、粘均分子量、流變學(xué)性質(zhì)、表面張力以及緩蝕性能方面進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)陽離子聚合物具有更好的水溶性、耐溫性、耐鹽性和緩蝕性能；而陰離子聚合物具有更好的空間結(jié)構(gòu)、增粘性、抗剪切性能以及表面張力。綜合以上因素比較，陰離子更適合于油藏開采中提高采收率，而陽離子聚合物更適合應(yīng)用在管道緩蝕，絮凝水處理等更為廣泛的運用范圍。

獲獎情況

暫未在任何刊物上發(fā)表，但已經(jīng)向Carbohydrate Polymers期刊(Elsevier雜志)投稿，正在審稿中。

鑒定結(jié)果

暫無

參考文獻(xiàn)

1、聚丙烯酰胺驅(qū)油技術(shù)作為化學(xué)驅(qū)油劑在三次采油領(lǐng)域中得到了推廣應(yīng)用，是目前一種常用的提高石油采收率的方法。 2、超分子化學(xué)是化學(xué)的一個嶄新的分支。在超分子體系中，研究最多的是環(huán)狀糊精化合物。環(huán)糊精分子擁有”外親水，內(nèi)疏水”的特殊結(jié)構(gòu)，能夠與有機分子形成主客體包絡(luò)物。 3、緩蝕劑由于添加量少、工藝簡便，能降低介質(zhì)的侵蝕性和材料的腐蝕速率，被廣泛運用于石油開采、化學(xué)清洗、水處理和金屬制品儲運等工程中。 檢索目錄： 1、超星電子圖書館 檢索式： 書名=水溶性聚合物 2、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 檢索式： 關(guān)鍵詞=（聚丙酰胺）*（三次采油）*（提高采收率） 關(guān)鍵詞=（超分子化學(xué)）*（環(huán)糊精） 關(guān)鍵詞=（主客體）*（環(huán)糊精） 關(guān)鍵詞=（陰陽離子聚合物）*（緩蝕劑） 3、Google 學(xué)術(shù)搜索 檢索式： 包含字詞=( supramolecular chemistry)and(cyclodextrin) 包含字詞=(polyacrylamide) and (enhance oil recovery) 包含字詞=(polyacrylamide) and (anionic and cationic polymers) and (corrosion inhibitor) 包含字詞= (polymer) and (tertiary oil recovery) 4、Elsevier 及 John Willy 全文期刊 檢索式： Keywords=(polyacrylamide) and (enhance oil recovery) Keywords=(anionic and cationic polymers) and (corrosion inhibitor) Keywords=( supramolecular chemistry)and(cyclodextrin) Keywords=( acrylamide polymers)

同類課題研究水平概述

1、目前，水溶性聚合物廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個方面，在石油開采、污水處理、化工及藥物等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。石油天然氣工業(yè)的快速發(fā)展對水溶性聚合物提出了更高的要求。 2、近年來，超分子化學(xué)迅速發(fā)展，已日益成為當(dāng)代化學(xué)家注目的焦點。在超分子體系中，研究最多的是環(huán)狀糊精化合物，環(huán)糊精（CDs）是由多個吡喃葡萄糖單元以α-1，4鍵合的環(huán)狀產(chǎn)物，具有內(nèi)腔疏水、外壁親水去頂錐形空腔的特殊結(jié)構(gòu)，能夠包結(jié)陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑，在油－水兩相體系中具有廣泛的應(yīng)用前景。 3、目前用于提高采收率技術(shù)的化學(xué)驅(qū)主要有聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、堿驅(qū)以及上述三種驅(qū)的復(fù)合驅(qū)。由于化學(xué)劑間的協(xié)同效應(yīng)，聚合物驅(qū)能更大幅度的提高石油采收率，成為人們關(guān)注的對象。 4、針對二次采油未能采出的殘余油和剩余油，進(jìn)行三次采油是提高采收率的重要方法，其中聚合物驅(qū)油是我國三次采油中非常重要并大規(guī)模實施的技術(shù)。相對分子質(zhì)量高的部分水解聚丙烯酰胺被廣泛用作三次采油中的聚合物驅(qū)，可以提高油田注入液的粘度、調(diào)整水油流度比、改善油藏的非均質(zhì)性、提高注入液的波及系數(shù)。但部分水解聚丙烯酰胺在實際應(yīng)用中也存在一些問題，如耐溫抗鹽性能差等。隨著油藏溫度的升高，地層水礦化度增大，聚丙烯酰胺水溶液的粘度大幅下降，不能滿足在高溫、高鹽條件下增加注入液粘度的要求。 5、實用的緩蝕劑, 多是由含有N、O、S、P 等易提供孤對電子的原子或不飽和鍵的活性基團(tuán)分子構(gòu)成的復(fù)配體系。緩蝕劑緩蝕作用的實現(xiàn)途徑：改變腐蝕金屬的表面狀態(tài), 從而降低腐蝕速度；起負(fù)催化作用, 改變腐蝕過程的反應(yīng)機理,從改變腐蝕金屬表面狀態(tài)的情況來對緩蝕劑分類。可將其分為成膜型和吸附型。吸附型緩蝕劑通過物理或化學(xué)吸附作用, 在金屬/介質(zhì)界面發(fā)生聚集,抑制金屬離子化的陽極反應(yīng)和/或介質(zhì)中氧化劑去極化的陰極反應(yīng), 從而降低金屬的腐蝕速度。研究表明, 大多數(shù)有機緩蝕劑是通過在金屬/介質(zhì)界面吸附來抑制金屬腐蝕。
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