页岩油储层环保型高性能水基钻井液体系研究及应用

为了满足页岩油储层钻井对钻井液环保性能的要求,以环保型页岩抑制剂HBY-S和环保型复合润滑剂HBR-L为主要处理剂,并结合其他环保型处理剂,研制出了一种适合页岩油储层钻井的环保型高性能水基钻井液体系。室内对钻井液体系的耐温性能、抗污染性能和环保性能进行了评价,结果表明:体系具有良好的耐温性能,经过160℃老化后钻井液体系的高温高压滤失量为9.6mL,岩屑滚动回收率可以达到90.6%,润滑系数为0.089;体系具有较强的抗污染能力,钻井液中加入10%NaCl、1.0%CaCl_(2)或者15%岩屑粉时流变性能和滤失性能均比较稳定;体系的环保性能优良,钻井液的EC_(50)值为85000(无毒),BOD_(5)/COD值为26.5%(易降解),重金属含量均低于行业标准值。环保型高性能水基钻井液在某页岩油区块水平井钻井过程中进行了成功应用,其中DG-1井钻井期间未出现井下复杂事故,现场钻井液性能稳定,环保性能达标,实现了安全高效钻井的目标,在页岩油水平井钻井中具有良好的推广应用前景。

缓释型聚羧酸减水剂吸附及水化特性

以乙二醇乙烯基聚氧乙烯醚、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯为原材料,通过调整酸醚比、酯酸比(均为摩尔比),合成一系列不同微结构的缓释型聚羧酸减水剂。通过凝胶渗透色谱和颗粒电荷仪对其结构进行表征,后用总有机碳仪和微量热仪测试其在水泥中的吸附量和对水化热的影响。结果表明:从吸附角度来看,随着酸醚比的增大和酯酸比的减小,减水剂的吸附速率和电荷密度呈上升趋势;当酸醚比和酯酸比都呈上升趋势时,水泥颗粒表面的饱和吸附量也相应增加。减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型。从水化角度来看,掺入减水剂会使水泥水化诱导期结束时间延缓约1 h,同时水化放热峰出现时间延迟约7 h。

固相聚合对萘环液晶聚芳酯结构与性能的影响

为解决液晶聚芳酯熔融缩聚反应后期由于反应温度和熔体黏度过高导致的降解交联副反应以及成形加工困难等问题,以6-羟基-2-萘甲酸(HNA)、2,6-萘二羧酸(NDA)、对苯二甲酸(TA)、4,4'-二羟基联苯(BP)为原料,采用原位一锅熔融聚合法制备了低分子量萘环热致液晶聚芳酯,并对其进行固相聚合。通过差示扫描量热仪、热重分析仪、偏光显微镜、X射线衍射和熔融指数仪对固相聚合后的液晶聚芳酯结构与性能进行了测试。结果表明,液晶聚芳酯的熔融温度和结晶度受聚合时间和温度的影响较大,呈现出先增加后降低的变化趋势,但并不会改变聚芳酯的晶体结构,同样属于正交晶型。此外,固相聚合在温度305℃下反应12 h,液晶聚芳酯热学和结晶性能得到明显改善;高于此时间和温度时聚芳酯的熔点开始降低,热降解反应开始进行,热稳定性和结晶性能下降。

固有荧光聚合物纳米球的制备及性能表征

设计了固有荧光聚合物纳米球作为荧光涂层和Fe^(3+)荧光探针的综合实验。采用12-冠醚-4辅助的无皂乳液聚合法制备了平均粒径55 nm的单分散聚氯甲基苯乙烯(PCMSt)荧光纳米球,并对其性能进行了表征,包括纳米球的形貌和荧光性能、纳米荧光涂层制备、对Fe^(3+)的选择性、抗干扰性和高灵敏度检测。实验结果表明,该纳米球具有良好的荧光稳定性和固体荧光性能,对Fe^(3+)表现出高灵敏度和选择性,在纳米荧光涂层和Fe^(3+)荧光纳米探针方面具有很大的应用潜力。

聚丙烯酰胺树脂的反相悬浮聚合制备及吸水性能研究

以丙烯酰胺为单体、过硫酸铵为引发剂、单硬脂酸甘油酯为分散剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用反相悬浮聚合法制备了聚丙烯酰胺吸水树脂。考察了分散剂、交联剂、引发剂、单体浓度、油水比、反应温度、反应时间等因素对吸水倍率和产率的影响。结果表明,单硬脂酸甘油酯用量为3%、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为0.12%、过硫酸铵为0.5%、单体浓度为30%、油水比范围为4:1~6:1、反应温度在70~75℃、反应时间为4 h时,聚丙烯酰胺树脂的吸水倍率和产率较高。利用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和凝胶渗透色谱仪对产物进行了测试表征。

基于智能手机传感器的铁元素含量检测系统研究

设计一种利用手机传感器测定植物总铁量的方法。采用邻二氮菲显色法测定文山三七花的总铁量,利用手机光照度传感器结合“Phyphox”软件作为检测器,采集白色复合光透过显色体系后的光照度值变化,建立分析信号与溶液浓度的定量关系,测定植物样品的总铁量,并将该方法与火焰原子吸收光谱法进行显著性比较。结果表明,该方法与火焰原子吸收光谱法无显著性差异,测定结果可信。为利用智能手机传感器测定不同显色体系中金属离子的含量供了一种新的思路和方法。

金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶体因其独特的光电特性,在光伏和光电等领域展现了巨大的应用前景,受到广泛的研究关注。但钙钛矿纳米晶体本身的离子晶体性质使其在水、热等环境下不稳定,从而限制了其实际应用。金属卤化物钙钛矿纳米晶体可以与聚合物结合形成纳米复合材料,具有许多优越的特性。聚合物基体可以赋予复合材料稳定性、可拉伸性和溶液加工性,而纳米晶体可保持其尺寸、形状和组成相关的光电特性。因此,这些纳米复合材料在下一代显示器、照明、传感、生物医学技术和能量转换等领域具有巨大的潜力。本文总结了金属卤化物钙钛矿纳米晶/聚合物纳米复合材料的最新研究进展。首先,讨论了制备金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的各种合成策略。其次,介绍了金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料在发光二极管、激光和闪烁体等领域的应用。最后,提出了该领域未来的研究方向和挑战。

新工科背景下高分子化学实验教学模式的探索与实践

随着高等学校面临的教学形势的变化,“课程思政”、“新工科”和“三全育人”的教学理念被相继提出。在这些政策的引导下,高校实验教学的教学体系必将发生转变,充分发挥实践育人的作用。山西大学化学实验教学示范中心开设的高分子化学实验课程,经过多年的教学实践,构建了实验教学的新模式:树立正确的实验观念,实验内容多样化,探寻实验的兴趣点,注重能力的多层次培养,即“观念-内容-兴趣-能力”模式。

催化反应增强痕量肿瘤标志物电化学检测性能研究进展

肿瘤标志物的灵敏检测是癌症早期诊断、治疗策略的选择和预后监测的重要保障手段之一。肿瘤标志物在血清中含量低,通常以痕量水平存在,甚至极个别的肿瘤标志物在每毫升血清中仅为飞克或皮克量级,其质量浓度的细微变化对于肿瘤的发生、发展和治疗效果具有一定的指示作用。如何实现痕量水平下肿瘤标志物微小质量浓度变化的灵敏检测具有重要的临床意义,并受到了人们的广泛关注。电化学传感器因具有高灵敏度、快速响应、易于操作及仪器小型化等特点,所以电化学免疫传感器检测痕量水平下肿瘤标志物微小质量浓度变化的研究,受到了人们的普遍关注并取得了巨大进展。本文主要综述了催化反应增强肿瘤标志物电化学检测性能方面取得的研究进展,特别关注了生物酶、纳米酶的应用以及电化学金属催化剂的使用,同时对有待解决的问题进行了展望。

稀土配合物催化异戊二烯和丁二烯聚合的研究进展

异戊二烯和丁二烯单体的聚合物性能优异,在橡胶工业中占据重要地位。稀土金属有机配合物可有效催化共轭双烯烃的选择性聚合。作为一种新兴的催化剂,含茂基配体或多齿非茂基配体的稀土金属配合物逐渐引起了关注。综述了茂基稀土金属催化剂和非茂基稀土金属催化剂对共轭双烯烃的顺式-1,4、反式-1,4和3,4选择性聚合的研究进展。对该领域目前面临的挑战进行了总结,并展望了未来的发展。

有机硅改性酚醛树脂复合材料制备及性能研究

本文开展了有机硅改性酚醛树脂复合材料制备及性能研究。首先进行有机硅改性酚醛树脂复合材料的制备:将4 g甲基苯基二甲氧基硅烷溶于25 m L四甲基氢氧化铵中,然后将得到的料液添至去离子水中进行搅拌,得到黄色固体,并将其置于60℃烘箱中,设置时间24 h,得出有机硅改性酚醛树脂复合材料。再者,对有机硅改性酚醛树脂复合材料的热性能及复合材料层间剪切强度进行测试。研究结果表明:当固化环氧树脂和固化剂质量比为95∶5时,有机硅改性酚醛树脂复合材料性能最优,此时其层间剪切强度高达87.5 MPa,热失重质量为0.22 g,耐热性能更好。

高分子化学融合分子印迹聚合物实验教学对学生创新能力提升的探讨

在新工科教育背景下,高分子化学教学面临着将理论知识与实际工程实践紧密结合的挑战。本案例探讨了分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers,MIPs)在高分子化学教学中的应用,旨在通过实验教学改革,提升学生的实验技能、创新设计能力及跨学科知识应用能力。具体实验案例为,基于MIPs制备用于检测磺胺嘧啶(SDZ)的分子印迹荧光传感器(MIPs-SiO_(2)@CQDS)。实验结果显示,该传感器对SDZ具有高选择性和灵敏度,线性检测范围为1.0~60μmol/L,线性相关系数R^(2)=0.9873,检出限为0.528μmol/L,加标回收率为94.13%~106.8%。通过这一实验案例,学生不仅能够深入理解理论知识,还能够将这些知识应用于解决具体的环境监测问题,展示了理论与实践的有效结合,以及实验教学在培养新工科人才中的关键作用。

全共轭二维有机框架材料在有机电子器件中的应用

有机电子器件已成为当今社会与工业中不可或缺的组成部分,在显示、通讯、能源和环境等方面都具有广泛的应用。有机电子器件的核心是有机半导体材料,开发具有高电荷传输特性的有机半导体材料是提升有机电子器件性能的关键。作为材料领域的研究前沿,有机多孔晶态材料由于具有确定的化学结构、功能可设计性、大的比表面积、高的孔隙率以及结构可修饰性等特征吸引了广泛的研究,在众多领域都展现出了广阔的应用前景。其中,由于具有高的结构平面性、电子离域性、电荷传输性质以及化学稳定性,全共轭二维有机框架材料作为有机电子学中的载流子传输材料受到广泛关注。当前,人们基于不同结构与功能的全共轭二维有机框架材料,构筑了多种有机电子器件并展现出了巨大的应用潜力。本文首先介绍目前发展的全共轭二维有机框架材料的主要结构,随后重点综述全共轭二维有机框架材料在有机电子器件包括有机场效应晶体管、有机光电探测器、有机光伏电池、化学阻抗传感器及一些新兴电子器件中的最新研究进展。最后阐述实现全共轭二维有机框架材料在有机电子器件的实际应用中所面临的挑战并提出了未来的研究方向。

蝌蚪形嵌段共聚物的合成及应用综述

蝌蚪形嵌段共聚物结合了环形聚合物和线形聚合物的结构特征,具有许多优异性能,在药物输送、纳米反应器、组织工程、流变调节剂等方面具有广阔的应用前景。总结了蝌蚪形共聚物合成的三种方法及其应用,对蝌蚪形共聚物的发展趋势和研究方向进行了展望。

一种酰胺类成核剂对聚丙烯成核改性研究

本文选取一种酰胺类结构成核剂N,N′,N″-三叔丁酰基-1,3,5-三氨基苯,研究了其添加浓度对均聚和共聚聚丙烯的光学性能、结晶性能以及力学性能的影响,并以山梨醇类第四代成核剂推荐用量改性材料作为对照。结果表明,N,N′,N″-三叔丁酰基-1,3,5-三氨基苯对均聚聚丙烯和共聚聚丙烯均具有良好的成核效果,均聚聚丙烯1mm薄片雾度最低为15%左右,共聚聚丙烯1 mm薄片雾度最低为11%左右,改性均聚和共聚聚丙烯拉伸强度分别为2120 MPa和1170 MPa,屈服模量分别为38.8 MPa和27.4 MPa,弯曲模量分别为2320 MPa和1080 MPa,简支梁缺口冲击强度分别为4.3 kJ/m^(2)和8.1 kJ/m^(2),均优于山梨醇第四代成核剂推荐浓度改性材料。

一种耐酸耐碱高强树脂的合成及性能

小套管二次固井是一种新型的固井工艺,针对目前由于水泥自身脆性大易气窜和水窜且为碱性固化体、易受压产生裂缝、易受酸性介质破坏的问题,以D-33二元醇和顺丁烯二酸为原料,苯乙烯作为活性稀释剂合成了一种不饱和型聚酯树脂。在树脂体系中引入填料,提高产品韧性及抗压强度。采用傅里叶变换红外光谱仪对树脂进行表征;通过万能试验机对树脂体系进行性能评价。结果表明,目标产物包含羰基、碳碳双键和苯环对位取代结构的特征峰,固化体系为过氧化二苯甲酰/N,N-二甲基苯胺,其在50℃、60℃和70℃条件下的添加量分别为0.2%/0.02%、0.1%/0.02%、0.1%/0.01%,万能试验机测试结果显示,在50℃、60℃和70℃下养护24h后的抗压强度分别约为50MPa、70MPa、90MPa。实验获得了一种聚合时间可调、黏度小、抗压强度高且耐酸耐碱的固井材料,有望在水平井重复压裂改造中大规模使用。

高强度可固化水溶性树脂封堵剂的制备及性能评价

短半径侧钻是西北油田激发老区上产的有效手段之一。但缝洞型油藏的裂缝尺度差异大,在钻井过程中,漏失情况复杂,恶性漏失情况较多,已成为制约其油气资源增产的难题之一。酚醛树脂具有密度低、高机械强度等优势,已作为封堵剂在油气田领域广泛使用。但酚醛树脂的水溶不足易残留井筒,造成清理困难;同时,酚醛树脂的贮存时间短对施工造成了诸多不便。因此,为了保持酚醛树脂低密度、高强度的同时,增强酚醛树脂水溶性和延长酚醛树脂贮存期,以苯酚和甲醛为原料,正丁醇为改性剂,合成了一种水溶性的正丁醇醚化酚醛树脂。该树脂具有优异的水溶性,在20℃下的储存时间增至162天。80 wt%酚醛树脂溶液在140℃下固化时间1.5h,抗压强度95.7 MPa,高于常规封堵材料;在两种模拟岩心裂缝中进行封堵性能实验,驱替流速为0.016 mL/min时,树脂溶液固化后的突破压力梯度均大于50 MPa·m^(-1),封堵性能优异。整体而言,正丁醇醚化酚醛树脂具有优异的固化性能、封堵性能和储存稳定性,在缝洞型油藏短半径侧钻堵漏中具有良好的应用前景。

两亲性聚集诱导发光荧光探针设计策略及应用

荧光探针具有灵敏度高、成本低廉、响应快速和可原位实时监控等优点,是生物学和医学等众多领域的重要研究手段。与传统具有聚集诱导淬灭效应的荧光探针相比,聚集诱导发光(Aggregation-inducedemission,AIE)荧光探针展示出了使用浓度范围宽、光稳定性好、分辨率高等显著优势。两亲性AIE荧光探针进一步提升了生物相容性、靶向性和检测信噪比,在生物化学检测领域展示出很大的潜力。本文以两亲性AIE荧光探针的分子设计为出发点,从ROS与GSH检测、金属离子检测、活性酶检测、细胞器成像、肿瘤诊断、肿瘤光动力治疗六个方面总结了其在化学传感与生物应用领域的最新研究进展,并对未来的发展方向与前景进行了展望。

磷系阻燃剂插层镁铝水滑石增强环氧树脂的阻燃性能

聚磷酸铵(APP)、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与镁铝型水滑石(MAH)插层,制得插层复合物(APP-MAH-6H,DOPO-MAH-6H,MPP-MAH-6H),复合物与环氧树脂(EP)通过搅拌共混热固化制备了EP/DOPO-MAH-6H、EP/APP-MAH-6H和EP/MPP-MAH-6H,并用锥形量热、垂直燃烧、极限氧指数、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱等表征手段对其结构和性能进行表征,探究了它们的阻燃性能。实验结果表明:与纯EP相比,EP/DOPO-MAH-6H、EP/APP-MAH-6H和EP/MPP-MAH-6H的热释放速率峰值由1079.2 kW/m^(2)分别下降到481.3、445.7和385.8 kW/m^(2),极限氧指数(LOI)由25.1%分别提升到32.2%、32.9%和33.8%。此外,在垂直燃烧UL-94测试中,EP/DOPO-MAH-6H、EP/APP-MAH-6H和EP/MPP-MAH-6H的等级均达到了V-0水平。通过SEM可知,EP/DOPO-MAH-6H、EP/APP-MAH-6H的残炭形貌大而连续,EP/MPP-MAH-6H的残炭形貌整体致密且连续。由拉曼光谱测试结果可知,3种EP复合材料形成了连续、优质的炭层,能有效隔离燃烧过程中氧气和热量向内部基质的传递。因此,3种磷系插层复合物均能有效地提升环氧树脂的阻燃性。

pH响应型形状记忆复合水凝胶制备及性能研究

通过在聚乙烯醇(PVA)网络中引入动态亚胺键,成功制备了具有pH响应性能的形状记忆水凝胶,并对其微观形貌、力学性能和形状记忆性能进行了研究。结果表明,浸泡pH=10的NaOH溶液后,水凝胶内部交联度提高,网络更加致密,其最高拉伸强度和最大断裂伸长率分别可达(68±0.5)kPa和200%,这表明在碱性条件下,可在聚合物网络中成功引入可逆的动态亚胺键。此外,水凝胶具有形状记忆性能,并且随着壳聚糖季铵盐(HACC)与氧化硫酸软骨素(OCS)质量比的降低,水凝胶的形状固定率与形状恢复率都呈上升趋势,且最优形状固定率和形状恢复率均在80%以上。该pH响应型形状记忆水凝胶,凭借高含水率、良好的生物相容性和独特的刺激响应性等特点,在信息储存与解密、航空航天等领域具有良好的应用前景。