应用化学国家一流专业特色发展思路与举措

西安石油大学应用化学专业坚持服务国家能源产业,拟建成石油石化特色鲜明的国家级一流本科专业。从专业特色发展思路、特色发展举措以及建设成效等方面进行梳理和总结,以期进一步推进一流专业快速发展,在人才培养、科学研究、社会服务等方面在西北地区乃至全国做出应有贡献。

纳米SiO_(2)表面改性稳定非水相泡沫的实验研究

非水相泡沫在石油开采、功能材料、日用化工等领域有着广泛的应用,非水相泡沫的研究进展影响着相关行业的发展。然而,由于其自身的界面张力和介电常数较低,致使发泡难度较大。为解决非水相体系发泡困难的问题,文章通过制备纳米SiO_(2)颗粒,经TEM,FT-IR及XRD对颗粒进行表征,采用3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对纳米SiO_(2)颗粒润湿性进行调控,研究纳米SiO_(2)颗粒对非水相溶剂发泡性能的影响。结果表明:经GPTMS改性后,颗粒的接触角范围扩大至34.7°~116°之间;且能有效降低不同溶剂的表面张力并增加溶剂体系的黏度;当颗粒质量分数为7%,粒径为10 nm时,非水相产生的泡沫体积随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增后减的趋势,泡沫稳定性随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增强后减弱的趋势。在甲酰胺体系中,当颗粒接触角为92.3°时,泡沫体积最高可达到12 mL,泡沫稳定时长可达63 d;在乙酸苄酯体系中,当颗粒接触角为79.5°时,泡沫体积最高可达到7 mL,泡沫稳定时长可达47 d;在癸烷体系中,当颗粒接触角为60.3°时,泡沫体积最高可达到4 mL,泡沫稳定时长可达8 d。

纳米SiO_(2)颗粒稳定非水相泡沫的排液行为研究

非水相泡沫在石油化工、食品化工、日用化工和生物医药等行业有着广泛的应用,但非水相溶剂本身的低表面张力和低介电常数决定了其难以形成稳定的泡沫,而纳米Si O_(2)颗粒在发泡及稳泡领域的独特优势正得到越来越多的关注。本文通过二氯二甲基硅烷(DCDMS)对14 nm的Si O_(2)颗粒进行表面润湿性改性,研究纳米Si O_(2)颗粒润湿性对非水相泡沫排液行为的影响。研究发现:随纳米Si O_(2)颗粒表面润湿性的增大,在非水相溶剂中形成的泡沫体积呈现先增大后减小的趋势;非水相溶剂极性的增强,其发泡性能呈现逐渐增强的趋势,但在非极性溶剂中不能形成有效的泡沫。所形成的非水相泡沫排液过程分为排液初期、中期、末期三个阶段,随纳米Si O_(2)颗粒表面润湿性的增大,泡沫消泡半衰期呈现先增大后减小的趋势;强极性溶剂泡沫排液半衰期可达45 min,中等极性溶剂泡沫排液半衰期可达60 min,且在光学显微镜下观察到随排液时间的增加,泡沫粒径逐渐增大,形状逐渐趋于多边形。

油水混相泡沫的稳定化研究进展

油水混相泡沫是一种特殊的泡沫体系,由于其在化工、食品、药品等领域的广泛应用,因此对其稳定化机制的研究变得越来越重要。基于最新研究进展,研究了影响油水混相泡沫稳定性的因素,包括表面活性物质、油相以及一些其他因素,以探究其对泡沫的发泡性能和稳定性的作用机制,并着重论述了油相的种类、含量对泡沫稳定化的影响,最后探究了温度、矿化度以及不同表面活性剂和颗粒或者油相的耦合对泡沫稳定性的影响。文章还提出了一些未来的研究方向以及利用新型材料和纳米颗粒技术开发更有效的泡沫稳定化方法,对于深入理解油水混相泡沫的稳定化机制、优化泡沫性能、开发新的应用和解决相关领域的问题具有重要意义。

油相对水相泡沫形成和稳定性的影响

油水混相泡沫在日用化妆品、化学工业、石油工业等领域有着广泛的应用,但是目前关于油水混相泡沫的报道多集中在探究表面活性剂、温度、pH、矿化度等外界因素对油水混相泡沫的稳定性的影响,对于油相种类和油相含量对水相泡沫的形成和稳定性影响机制缺乏系统研究。文章通过改变油相种类、油水体积比进行发泡实验,最后通过分析各泡沫体积、泡沫排液半衰期、泡沫的衰变速率、泡沫的微观粒径、油相的表面张力和油水界面张力来探究油相对水相泡沫的形成和稳定性影响机制。研究发现:随着油相碳链长度的增加水相泡沫的起泡性能下降;同时随着油相的表面张力增大,泡沫稳定性提高;油水体积比对水相泡沫的形成和稳定性有着重要的影响,在低油水体积比时,泡沫壁之间排列紧密,形成了大小不一的泡沫,且由于泡沫之间相互挤压,使其微观结构形貌杂乱无规则;随着油水体积比的升高泡沫粒径整体上变小,且大小变得越来越均匀,泡沫结构变得更加致密,使得泡沫更加稳定。

新形势下石油类高校普通化学课程教学改革探索

普通化学作为培养高水平、高素质人才所必需的素质教育课程,其课程教学惠及大多数理工科专业学生,具有跨学科、专业背景复杂、影响范围广等特点。为适应行业和社会发展需求,课程教学改革势在必行。文章简述了石油类高校普通化学课程教学现状,并探讨该课程教学存在的问题,最后提出新形势下石油类高校普通化学课程教学改革策略,即在人才培养过程中,应充分挖掘课程思政元素,提升学生政治素养,实现专业教育与思政教育的统一;关注授课专业领域的国家政策、行业动态及学科前沿,适当调整教学内容;开展多元化教学模式,以满足行业和社会发展需求。

表面活性聚集体稳定非水相泡沫的实验研究

非水相泡沫在化妆品、多孔材料、生物医药、油气开发等方向具有广泛的应用,然而表面张力较低等原因导致发泡困难,稳定性差,因此与泡沫相关的领域,一直是被攻克的难点。表面活性聚集体具有密度高,有序性良好等性质,可有效降低界面张力,被广泛应用于相关领域。文章以十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠为主剂,与甲酰胺和癸醇融合,制备出不同的表面活性聚集体并对其表征,观察非水相溶剂的起泡性和稳定性能。结果表明:表面活性聚集体均为层状液晶结构,属于非牛顿流体,有剪切-稀释的流变现象,并且表面活性剂的含量越高,表面活性聚集体层状液晶的结构越稳定,泡沫随层状液晶质量含量上升呈现出先增大后减少的趋势。SDBS/癸醇/甲酰胺的稳泡能力优于SDS/癸醇/甲酰胺,以甲酰胺为非水相时,SDBS/癸醇/甲酰胺中层状液晶为60%(w/%)时,泡沫稳定时长55 h以上。当非水相为癸醇时,SDBS/癸醇/甲酰胺中层状液晶为60%(w/%)时,泡沫稳定时长6 h以上。

新工科建设融合课程思政协同育人探究——以西安石油大学应用化学专业为例

西安石油大学应用化学专业于2022年获批国家级一流本科专业建设,对标“一带一路”倡议和国家能源化工相关产业发展人才需求,基于新工科建设融合课程思政协同育人理念,针对现实困境中的主要问题,从“思政育人和专业育人一体化”以及“课程建设、学科建设、专业建设一体化”两个方面探索“特色鲜明的理工复合型人才培养”实现路径,从“知识传授、能力培养、价值塑造”三个层面在“基于价值观的培养落实立德树人、有限学程下专业人才培养”两个维度进行实践反思,实现了人才培养质量和专业建设水平的提升。该专业已发展成为我国西部油气田化学特色优势专业。

新型可溶性输油管道清蜡球的研制及性能评价

针对传统清蜡球功能单一、不具备溶解性且容易发生卡球、蜡堵事故的不足,设计制备了一种适用于油田集输系统、既具有物理清蜡功能、又具备化学防蜡效果的可溶性清蜡球。采用挂片法及自制动态防蜡率测试装置对所选防蜡剂进行静态防蜡率及动态防蜡率测试,通过压力机及自制室内动态溶解模拟装置对清蜡球进行物理性能及溶解性能评价实验,最后进行了现场测试。防蜡率测试结果表明,防蜡剂防蜡率最高可达50%且在应用于实际情况时效果更加明显;物理性能测试结果表明,所制不同配方的清蜡球承压能力均在2 MPa以上,在管线中运行时,均不会发生破碎,从而实现物理清蜡的作用;清蜡球动态溶解释放性能测试结果表明,清蜡球溶解释放速率随温度的上升逐渐增加,随含水率的增加逐渐减小,另外随着防蜡组分中防蜡剂含量的增加,其溶解释放速率呈现下降趋势,最高为0.28 g/h,最低为0.08 g/h,溶解释放速率较慢且可控,可满足不同管线防蜡需求。通过现场应用试验进行验证,取得了较好的结果。

CaCO_(3)纳米晶体稳定非水相泡沫实验研究

非水相泡沫在油田开发、功能材料、食品工业和日化等领域有着广泛的应用,对非水相泡沫性能的调控在相关行业的发展中发挥着重要的影响。然而,由于非水相溶剂具有的低界面张力和低介电常数,导致其发泡难度较大。为解决非水相溶剂发泡困难的问题,文章通过制备CaCO_(3)纳米晶体,并经TEM,FT-IR及XRD等对晶体颗粒进行了表征,采用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷对CaCO_(3)纳米晶体的润湿性进行了调控,研究CaCO_(3)纳米晶体对非水相溶剂发泡性能的影响。研究发现:随CaCO_(3)纳米晶体质量分数的增加,不同接触角的CaCO_(3)纳米晶体所产生的泡沫体积呈现先增后减的趋势,当晶体质量分数为5%时,非水相溶剂发泡性能最佳,泡沫体积最高可达到120 mL;非水相泡沫的稳定性随CaCO_(3)纳米晶体接触角的增加呈现先增强后减弱的趋势,当接触角范围在47.5°~73.9°时,非水相泡沫的稳定性最佳,排液半衰期最高可达到100 h。

胶体泡沫(CGA)排液动力学研究

分别对三种表面活性剂,十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)以及吐温80(Tween80)形成的胶体泡沫(CGA)的排液过程动力学进行了研究.讨论了表面活性剂种类和浓度,体系温度等对CGA排液过程的影响.运用非线性最小二乘法拟合,推出了表征CGA排液过程的动力学模型:Vt=Vmaxtn/(Kn+tn),式中,Vt表示时间t时的排液量(mL),t表示排液时间(s),Vmax表示CGA最大排液量(mL)的模型参数,K为模型参数,表征CGA排液过程的半衰期t1/2,n为排液曲线反曲特征指数.通过该模型计算出了表征CGA排液过程的速率常数kd和半衰期t1/2等参数.并通过lnkd～T-1的线性关系,证明了该模型符合Arrhenius方程.最后,通过对CGA排液速率随时间的变化分析,解析了CGA排液过程的“两段论”机理.

十四烷基三甲基溴化铵蠕虫状胶束的形成及其线性黏弹性

以阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)溶液作为反应主剂,油酸钠(NaOA)溶液作为反应助剂,制备得到了TTAB/NaOA蠕虫状胶束,并研究了表面活性剂摩尔比、主剂质量分数对蠕虫状胶束线性黏弹性的影响。结果表明,当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为2.6∶1~4.6∶1,TTAB质量分数在7%~16%之间时,溶液中均有蠕虫状胶束形成。当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为4.2∶1,TTAB质量分数为14%时,零剪切黏度可达到最大值即为η_(0)=15324 mPa·s,且溶液体系的平台模量G_(0)和弛豫时间τ_(R)也达到最大值,此时溶液体系中蠕虫状胶束长度最长,网络结构最为紧密,并呈现出良好的线性黏弹性。由上述溶液体系的实际Cole-Cole图表明本文探讨研究的蠕虫状胶束体系是符合麦克斯韦模型的线性黏弹性流体。

胶质液体泡沫(CLA)的形成及其稳定性研究

以研究胶质液体泡沫(CLA)内部结构及其特性为最终目的,对组成为十二烷基醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)/正癸烷/十二烷基硫酸钠(SDS)/水的CLA体系形成过程和稳定动力学行为进行了电导率测定和光学显微观察.通过上述两过程的电导率变化探明了CLA的形成和稳定性动力学行为,并被光学显微照片所证实.实验结果表明CLA的形成是一个低能量乳化过程,经历了水相泡沫化→油相替代气泡乳化→CLA形成.在整个乳化过程中,没有发生相的转变现象,CLA呈O/W型乳状液.其稳定性并不遵守一级动力学模型.在常温下,其电导率曲线呈直线关系;当温度超过318.15σ1-σ2K时,其电导率曲线近似于Langmuir等温线形.并可用Sigmoidal模型σt=1+e(t?t0)/S+σ2较好的拟合,式中,σt表示t时的电导率值(μS/cm);t表示时间(min);σ1,σ2分别代表存储过程中电导率最小值和最大值(μS/cm);t0对应于σt等于1(σ1+σ2)的时间t值(min);S描述了电导率曲线陡峭程度(min).并提出了CLA的破乳过程包括液膜排液和液膜破裂两2个阶段,同时伴随有絮凝过程发生的稳定性机理.

胶质液体泡沫的微观结构研究

采用冷冻蚀刻电子显微镜技术(FF-TEM)、小角X射线散射(SAXS)、偏光显微镜以及差示扫描量热分析(DSC)等手段对组成为十二烷基醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)/正癸烷/十二烷基硫酸钠(SDS)或Tween80/水的胶质液体泡沫(CLA)体系的微观结构进行了系统分析.分析结果表明,CLA是由微米级的油相颗粒(富油相)和包围着它的外层水相液膜(富水相)组成,且在富油相和富水相区内分别有诸如反胶束和胶束或O/W微乳液等超分子聚集体结构存在.通过对不同组成和不同相体积比(PVR)的CLA之间,以及与高内相普通乳状液(HIPRE)在粒径大小、组成、制备方法、结构特征、稳定性等方面的比较,发现CLA与HIPRE具有相似的结构轮廓.这一结论在一定程度上支持了Princen等有关CLA结构与本质的论点.

单一非离子表面活性剂制备胶质气体泡沫的稳定性

用单一的十二烷基醇聚氧乙烯醚(C12EOn)非离子表面活性剂制备了稳定的胶质气体泡沫(CGA).采用偏光显微镜和流变仪对其表面活性剂溶液相态和泡沫体系的微观结构及流变行为进行研究,以探索CGA的稳定化机理.实验结果表明,分别由C12EO3和C12EO5制备的CGA分散体系中均存在层状液晶相,层状液晶吸附在气泡的界面上.CGA稳定性可达20 h以上,没有明显的相分离发生.而分别由C12EO7和C12EO9制备的CGA呈现由胶束组成的连续相,不存在液晶相结构,因而其稳定性较差,仅能维持数分钟.实验结果表明,层状液晶相结构可以显著提高CGA的稳定性.其稳定作用的机理是通过影响泡沫排液过程,增强Gibbs-Marangoni效应,从而提高气泡液膜强度和减缓气相扩散速率.

胶质液体泡沫的流变性

应用RV-30旋转粘度计和锥板式RS300应力控制流变仪,采用稳态剪切方法和小振幅振荡剪切对胶质液体泡沫(CLA)体系的流变特性进行了系统分析,讨论了温度、相体积比(油相与水相体积比,PVR)和剪切速率对体系流变性质的影响.稳态剪切实验结果表明,CLA体系表现出非牛顿流体特征,其流变行为符合Herschel-Bulkley流变模式.同时,CLA体系表现出剪切稀释特性,不具有触变性.粘弹性实验结果表明,在低PVR(PVR=2～4)条件下,CLA无线性粘弹性区;当PVR=8时,表现出一定程度的粘弹性;温度对体系的流变行为和粘弹性的影响不显著.通过与高内相乳状液(HIPRE)体系比较,发现CLA与HIPRE具有相似的流变特性,这也说明两者在微观结构上具有一定的相似性.

纳米二氧化硅的表面疏水化改性及其乳化作用研究进展

综述了近年来SiO2纳米颗粒表面疏水化改性技术的研究进展,归纳了SiO2纳米颗粒的表面改性方法及其改性效果的表征技术;着重阐述了表面改性后纳米SiO2的乳化作用;最后介绍了纳米SiO2乳状液在石油开采中的技术应用现状,并展望了其发展前景。

以石油沥青为单体的COPNA树脂的合成及其机理

从综合利用重质油出发,以石油沥青为单体,对苯二甲醛(TPA)为交联剂在浓硫酸或对甲苯磺酸催化下合成了TPA系缩合多环多核芳香烃树脂(COPNA树脂),以此开辟出一条制备COPNA树脂的新方法。研究中采用热解重量分析法(TGA),考察了COPNA树脂的固化反应和热稳定性。结果表明,该沥青在氮气中的热起始降解温度在420℃～430℃之间。最后,利用反应物和产物的红外图谱(IR)探讨了COPNA树脂合成反应机理。该机理是在酸催化下,多环芳烃与交联剂发生亲电取代反应。

层状液晶凝胶对微泡沫的稳定作用

以非离子表面活性剂单硬脂酸甘油酯(GMS)制备出稳定的微泡沫.采用偏光显微镜、冷冻断裂蚀刻透射电子显微镜(FF-TEM)、差示扫描量热仪(DSC)和流变仪对其表面活性剂溶液相态、泡沫体系的微观结构、相变行为和流变性进行研究以探索微泡沫的稳定机理.实验结果表明,表面活性剂分子吸附在气泡界面,发生晶化形成有序、紧密排列的层状液晶凝胶相液膜,该液膜具有较强的刚性,能抵抗由Laplace附加压力驱使的气泡溶解和聚并行为.微泡沫可稳定10个月,无明显的相分离和气泡破裂现象.其稳定作用机理是通过影响泡沫排液过程,增强Gibbs-Marangoni效应,从而提高了气泡液膜强度,减缓了气相扩散速率.

油滴作用下的气泡液膜破裂机理研究进展

从泡沫破裂的慢速消泡行为和快速消泡机理两大方面阐述了油滴作用下泡沫破裂的理论研究发展现状,主要包括油滴作用下泡沫破裂的阶段理论,油滴作用下泡沫液膜的破裂机理,介绍和评述了"架桥-拉伸","架桥-反润湿","铺展-流体卷吸"和"铺展-波形成"液膜破裂机理。结合泡沫在石油与天然气开采作业中诸如泡沫驱油、泡沫堵水和堵气、泡沫排液、泡沫压裂等作业过程的应用现状,指出油滴与泡沫相互作用领域今后的研究方向。