[发明专利]一种树状大分子衍生物及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种树状大分子衍生物及其制备与应用。该树状大分子衍生物作为处理废弃水基钻井液的絮凝剂，可在较小的加量下实现对废弃水基钻井液中有害固相的高效絮凝，且在高矿化度环境中依旧具备良好絮凝效能。该树状大分子衍生物通过在溶液中逐次进行加成与缩合反应而得，其制备方法操作简单，条件温和，收率较高。本发明的树状大分子衍生物的结构式为式1，其中的R单独的为式2或式3。

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种树状大分子衍生物及其制备与应用。

背景技术

钻井过程中产生的废弃水基钻井液为含有黏土、加重材料、化学处理剂、污水、油污及钻屑的多相稳态胶体悬浮体系，其中含有对环境危害较大的烃类、各种聚合物及某些重金属离子(如汞、砷、锌及铅等)，这些组分难以自然分解、降解，若钻井废液得不到有效的无害化处理，则会严重破坏当地生态环境，并危及生物生命安全。

使用有针对性的絮凝剂，如合适的有机高聚物等，对钻井废液中的可沉降组分进行絮凝-沉降，进而实现固相与液相的高效分离，是对废液进行无害化处理的主要方式。但目前使用的有机高聚物多为由C-C键构成分子主链的线性大分子，由于C-C键固有的内旋转作用，其分子链段较为柔顺，导致其在高矿化度的废液环境中易蜷曲成团，进而被废液中的聚合物组分所包裹，絮凝剂分子因难以吸附待絮凝的物质而发生“中毒”失效，结果表现出用量大、絮凝效果差等问题。单纯加大絮凝剂加量，不仅会增加使用成本，亦会导致废液显著增黏，絮凝剂分子的空间扩散受限，亦限制了其絮凝效果。

作为有别于传统线性大分子的新型分子，树状大分子具有高度的空间对称性与精确的分子结构，且分子表面含有大量可修饰的端基官能团，若以合适的树状大分子(其末端基多为胺基、羟基等易于被修饰的基团)作为核心分子，选取具有絮凝效能的单体对其进行端基改性与支链增长反应，可制得不同类型的树状大分子衍生物。与线性大分子相比，此类衍生物作为絮凝剂时具有如下优势：(1)分子结构中的各支链受空间位阻效应而彼此疏离，不易发生分子链间的蜷曲、缠结，具有极强的结构刚性；(2)末端基团密度极大，易于通过加成反应，引入所需的大量官能团，进而在有限的分子尺度内实现极大的官能团密度，保证其絮凝性能；(3)分子量相当的情况下，树状大分子衍生物流体力学尺寸与特性黏数均较小，不易使液相过度增黏。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种树状大分子衍生物及其制备与应用。该树状大分子衍生物作为处理废弃水基钻井液的絮凝剂，可在较小的加量下实现对废弃水基钻井液中有害固相的高效絮凝，且在高矿化度环境中依旧具备良好絮凝效能。该树状大分子衍生物通过在溶液中逐次进行加成与缩合反应而得，其制备方法操作简单，条件温和，收率较高。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一个方面提供一种树状大分子衍生物，其结构式如下：

其中的R单独的为：

x为≤24的正整数，24≤[(m+n)*x+i(24-x)]≤5000；等于24时结构中的24个氨基均只加上了一个铵盐的链段。

该树状大分子衍生物以树状大分子为核，通过使用季铵单体对其端胺基进行改性，得到接有多个由重复季铵单元所形成支链的的树状大分子衍生物，该衍生物在溶于待处理废液后，季铵基团会显示出强烈的正电性，可破坏包裹在有害物质外的水化膜，吸附并使之发生絮凝，从而将有害物沉降除去。

本发明第二个方面提供以上树状大分子衍生物的制备方法，包括以下步骤：

S100、季戊四胺与丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应，得到中间产物G0.5PATAM，其结构如下：

S200、中间产物G0.5PATAM与季戊四胺进行酯的氨解反应，得到中间产物G1.0PATAM，其结构是如下：