[发明专利]改性SiO2纳米颗粒的制备及其性质的研究

说明书

技术领域

本发明涉及SiO₂纳米颗粒的改性以及改性SiO₂纳米颗粒的性质。

背景技术

SiO₂球型纳米颗粒因其易加工性以及材料的本身性质，广泛的应用于材料、涂料、洗涤剂、化妆品、石油及药物等多个领域。特别是其表面经过一定修饰处理后形成的特殊SiO₂纳米颗粒的应用范围则更为广泛。近年来，国内外开始关注纳米聚硅材料、疏水性纳米SiO₂或活性纳米SiO₂在降压增注方面的应用，但其在低渗透油田中的降压增注机理并不十分明确。众所周知，低渗透油田是一种水注入压力高，但输入量低且单井注入压力差异巨大的油田。随着石油的开采，我国低渗透油田所占的比重将会越来越大，因此如能有效解决低渗透油田的开采问题，将会在很大程度上促进我国石油工业的发展。SiO₂颗粒表面的化学处理及功能化后可用于改善其亲水或疏水性能，从而提高其应用能力。例如2000年中石化从俄罗斯引进了SiO₂的增注技术，在国内几大油田中用聚硅材料处理了12口注水井。结果表明，在相同注入压力下，施工后注水井注入量比施工前大幅度上升；在相同注入量下，注入压力明显下降，最大净值可达9.6MPa。可见，SiO₂纳米颗粒的改性在石油开采方面的意义重大。

改性方法一般分为机械法、物理法和化学法。机械法德缺点是时间长、能耗大，颗粒表面难以达到均匀覆盖；物理法是利用电晕放电、高能射线或等离子体使表面性质发生变化，不但费用高，而且技术难度相当大；而化学法是一种简单、廉价、效果又好的方法。目前，化学改性已经由添加物理吸附型改性剂转变为反应接枝型，而且越来越多地选用带活性官能团的改性剂以便于和有机分子反应，这样既起到了改性分散的作用又增加了颗粒与有机大分子间的结合力。为了更好地研究SiO₂颗粒的表面修饰与其应用性能之间的关系，我们分析比较了多种制备方法，其中分散性较好且比较容易控制的是改进了的方法，通过改进的方法可以得到颗粒均匀、粒径和接枝率都可以控制的纳米颗粒。

发明内容

疏水性SiO₂纳米材料在油田开发中具有降压增注的效果，一般认为其作用是二者兼有：①它们吸附在孔隙内表面并降低水膜厚度、扩大孔径；②具有较高的憎水性可降低水在孔隙中的流动阻力，避免产生水化现象，提高了水相渗透率；③包覆在粘土表面，阻止注入水的侵入，从而阻碍泥土颗粒的膨胀和扩散。本发明的目的是提供一种改性SiO₂的制备方法以及在石油开采中成为一种有效的降压增注手段得到应用。

本发明使用“原位修饰”方法合成了一种单分散性较好的疏水性纳米颗粒，希望找到降压增注与纳米颗粒粒径、润湿性、接枝率等性能之间的关系。通过原子力显微镜、红外吸收光谱、动态光散射、接触角以及热重分析等表征，表明合成的纳米颗粒是具有良好分散性及具有一定的疏水性，说明了本发明方法的可行性。

本发明是将亲水的SiO₂纳米颗粒改性为疏水性的，所述疏水性SiO₂即改性SiO₂纳米颗粒。本发明所提到的修饰前后即为改性前后。

附图说明

图1不同扫描范围的疏水性SiO₂纳米颗粒的AFM图：(a)20μm；(b)10μm；(c)5μm；(d)2μm

图2水在改性前后的疏水性纳米颗粒粉体上不同时间的铺展情况图

具体实施方式

下面对本发明的实施细则进行详细说明，主要过程为：

①将5.6ml正硅酸乙酯(TMOS)溶于44.4ml无水乙醇，标记为A；

②将1.3ml 25％的氨水、13.6ml超纯水、35.2ml无水乙醇均匀混合，标记为B；

③将A和B同时倒入反应器中并剧烈搅拌，在一定温度下反应3.5h，标记为C；

④将0.4ml三乙氧基甲基硅烷溶于25ml无水乙醇中，缓慢滴加入C；

⑤完全加入后，继续反应若干小时。将反应液离心(4000r/min，30min)后，按照乙醇-水-乙醇-水-水-乙醇的顺序再分散并离心。在每次分散时，将样品置于超声波仪中分散15min，然后离心(4000r/min，30min)弃去上层清液，至水洗清液pH在7～7.5为止。将所得沉淀于60℃低压烘干至恒重，得产物。