胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系。通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 m L、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点。密度为1.92 g/cm^3的水泥浆体系在190℃、21 MPa养护30 h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6 MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹。该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题。

离子液体接枝型纳米二氧化硅对聚偏氟乙烯膜的亲水化改性研究

采用溶液接枝法合成了离子液体接枝型纳米二氧化硅(IL-Si O2),并利用浸没沉淀相转化法制备了聚偏氟乙烯/离子液体接枝型纳米二氧化硅(PVDF/IL-Si O2)杂化膜,考察了IL-Si O2含量对杂化膜性能的影响。采用流动电位、接触角和水通量等手段分析研究了杂化膜的性能。研究结果表明,PVDF/IL-Si O2杂化膜表面带有正电荷;IL-Si O2的加入显著提高了杂化膜的亲水性、拉伸强度和断裂伸长率;杂化膜纯水通量显著增加的同时,对蛋白质的吸附量和截留率均有一定程度上的提高。

适用于深层产水气井的纳米粒子泡排剂

针对深层产水气井温度高、矿化度高、含高浓度H2S气体及凝析油的特点,研制了纳米粒子泡排剂,评价了其性能,并进行了现场试验。将耐高温的阴离子表面活性剂、耐高矿化度及H2S的两性离子表面活性剂及耐凝析油的氟碳表面活性剂进行复配制成液相泡排剂,再加入使用硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅球作为固态稳泡剂,制备出纳米粒子泡排剂。通过室内实验研究了泡排剂的性能,结果表明:泡排剂抗温可达150℃,抗矿化度可达250 g/L,抗H2S浓度可达0.04%,抗凝析油含量可达30%,起泡性、稳泡性优良。光学显微镜观察、Zeta电位表征结果说明,纳米粒子增强液相泡排剂性能的机理在于纳米粒子吸附在气液界面形成固态的粒子化膜,改性纳米二氧化硅球浓度约为0.002%时具有最佳稳泡效果。现场试验结果表明:泡排剂性能稳定,满足现场施工要求,可显著提高泡沫排水采气有效率并降低成本。

纳米粒子在棉织物液氨易护理整理中的应用

将不同粒径的纳米粒子添加到马来酸-衣康酸(MA-IA)易护理整理液中,整理液氨处理的棉织物,测定了整理后织物的断裂强力、折皱回复角、撕破强力、白度和表面形貌,并分析其与柔软整理的协同作用。结果表明:纳米粒子均能提高易护理棉织物的断裂强力,且不影响织物的白度;不同粒径的纳米粒子进入到棉纤维内部的程度不同是引起织物易护理性能差异的原因;30 nm的SiO2会降低织物的折皱回复角和撕破强力,1.5 nm的水溶性笼型倍半硅氧烷(POSS)则可提高织物的折皱回复角,且对撕破强力没有显著影响;质量浓度为60 g/L的MA-IA易护理整理液中添加质量分数为2%的POSS后整理液氨织物,再用质量浓度为20 g/L的柔软剂整理,能获得各项力学性能优异的易护理棉织物。

SiO2固化SO3H-功能化离子液体催化合成油酸甲酯

以1,3-丙烷磺内酯和巯基改性纳米二氧化硅球为原料,采用化学键合接枝法获得固化SO3H-功能化离子液体的酸催化材料（SiO2-IL）。采用NMR、FTIR和热分析方法对SiO2-IL的结构和热稳定性进行了表征。考察了SiO2-IL在油酸与甲醇酯化反应中的催化活性,分析了影响其催化性能的关键因素及原因。结果表明,该离子液体自身所具有的酸性以及固化过程中化学键合接枝程度均对其催化性能有所影响。对反应工艺条件进行了优化。结果表明,在反应温度60℃、n（甲醇）∶n（油酸）=12∶1、m（SiO2-IL）∶m（油酸）=0.09∶1.00、反应时间5 h条件下,油酸甲酯收率最高为94%,催化材料经重复使用5次后,油酸甲酯收率仍可达74%。

SiO_2纳米干凝胶对锆的动态吸附

研究了模拟高放废液中的锆在成型后的SiO2 纳米干凝胶上的动态吸附行为。结果表明 :低流速、温度低、酸度高、SiO2 干凝胶的颗粒小时 ,交换柱穿透得较慢 ;反之 ,穿透较快。SiO2 纳米干凝胶对Zr的吸附选择性高 ,模拟高放废液中的Fe和Mo略有吸附 ,其它元素不被吸附。

催化剂组成对氧化乙烯聚合的影响

采用金属钙、脱水液氨、载体纳米二氧化硅及改性剂乙腈与环氧丙烷制备出氨钙体系催化剂.在催化剂质量(以金属钙计)为单体氧化乙烯质量的1%,聚合温度为30℃,聚合时间为4 h的条件下,用氧化乙烯的静置聚合评价了所制备催化剂的性能.结果表明,当乙腈与金属钙的摩尔比为0.3～0.5,环氧丙烷与金属钙的摩尔比为0.6～1.0时,催化聚合得到黏均相对分子质量为(60～90)×104的聚氧化乙烯,且产物收率高于80%.

纳米白炭黑的气相-液相法制备

以煤矸石为原料，气相-液相法直接制成纳米白炭黑（SiO2·xH2O）。通过控制氟化氢通入速度和四氟化硅水解速度，并加入乙醇为分散剂，利用X射线粉末衍射（XRD）、红外光谱分析（IR）和透射电镜（TEM）等方法对制成的白炭黑粉体样品进行表征。结果表明，制备的纳米白炭黑粉体呈球形、粒径分布范围为15～20nm，纯度99．95％。并对制作白炭黑过程产生的废滤液可以综合利用，在滤液中加入一定量的碱化剂后，调节pH至3．0左右，使AlC13和FeCl3发生聚合反应，制备出聚合氯化铝铁，试验表明，其絮凝效果良好。

纳米液硅防窜水泥浆体系性能研究及应用

在石油工程领域,近几年国内新兴起纳米液硅水泥浆体系。系统性地研究了该水泥浆体系以流态、塑态、固态存在时的各项关键性能。纳米液硅颗粒尺度小,比表面积大,具有增黏提切作用,水泥浆体系以流态存在时比普通水泥浆体系具有更好的基础性能,幂律指数为0.69,稠度系数为0.45 Pa·s^(n),API失水36 mL,无自由液,无沉降现象。纳米液硅颗粒的堵塞作用与促凝作用提升水泥浆体系向塑态转变时的防窜性能,气窜因子SPN值为1.3,比普通水泥浆体系低62.9%,静胶凝强度由48 Pa发展至240 Pa的时间为7 min,模拟实验中无窜流现象发生。纳米液硅颗粒能增加水泥石致密性,并参与水泥水化反应修复水泥石内部微裂隙、微缺陷,固态水泥石力学性能也明显优于普通水泥石。纳米液硅加量15%,龄期7 d时的水泥石弹性模量为8.3 GPa,降低幅度为38.9%,水泥石强度为53 MPa,提高幅度为35.9%,渗透率为0.007×10^(-3)μm^(2),比普通水泥石降低90.9%。纳米颗粒具有限位支撑作用,纳米液硅水泥浆体系转变为塑态、固态后具有更低的水化收缩率,分别为1.26%、0.34%。最后,介绍了纳米液硅水泥浆体系在顺北油田的应用情况,累计应用153井次,平均固井优良率为91.7%,主要解决了产层套管固井的桑塔木高压水层与辉绿岩盐水层窜流难题。

气相二氧化硅负载离子液体抗静电改性超高分子量聚乙烯的制备及性能

采用拉伸流变挤出成型设备,将抗静电剂咪唑类离子液体(IL)负载于纳米气相二氧化硅(SiO_(2))上,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行抗静电改性,研究了IL及纳米气相SiO_(2)含量对UHMWPE加工性能、表面电性能、结晶性能和力学性能的影响。结果表明,IL是UHMWPE的良好增塑剂,随着IL的加入,UHMWPE的挤出扭矩明显降低,UHMWPE材料的挤出成型效率提高。值得关注的是,IL的加入可明显降低UHMWPE表面的摩擦电压。当IL质量分数为3%时,其表面摩擦电压从2.72 kV降至0.04 kV。而且,将IL负载于纳米气相SiO_(2)上可以解决IL在UHMWPE中析出及分散问题。另外,纳米气相SiO_(2)还可以提高UHMWPE/IL共混物的关键力学性能。所制备的IL改性UHMWPE具备优异的抗静电功能、较好的挤出成型效率和力学性能,有望在新一代电子信息产品及精密器件制造等领域得到广泛应用。

柔性纳米SiO2/PVA/LC聚合物分散液晶薄膜的制备及电光性能研究

为了制备一种既具有柔性,又具有光学各向异性的自支撑聚合物液晶复合薄膜,文中采用溶胶-凝胶法,以纳米SiO2、聚乙烯醇(PVA)和液晶(LC)为原料制备得到柔性的SiO2/PVA/LC聚合物分散液晶(PDLC)薄膜,研究了十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)和乙基三甲氧基硅烷(ECETMS)作为改性剂对PDLC薄膜各组分相容性的影响。通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热台偏光显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC),对不同条件下制备所得的PDLC薄膜的表面形貌和热力学行为进行了表征;利用可见分光光度计研究了不同PDLC薄膜的电光性能。研究结果表明:向复合体系引入乙基三甲氧基硅烷可以大大提高SiO2/PVA/LC薄膜中各组分的相容性,同时也提高了复合材料的熔点,相对于纯的PVA薄膜,复合薄膜的熔点从90.3℃升至135.2℃。通过PDLC的电光性能分析发现,加入乙基三甲氧基硅烷改性后的复合薄膜的电光性能明显得到了提高,当电压为16 V时,其最高透过率可达86.77%。

HTPB液体橡胶/纳米SiO_(2)协同增韧环氧树脂的研究

为了解决单一材料改性环氧树脂(EP)综合性能不足的问题,采用端羟基聚丁二烯(HTPB)和纳米二氧化硅(SiO_(2))对EP进行协同改性。结果表明:HTPB的端羟基和纳米SiO_(2)表面的硅羟基可以与树脂基体的环氧基团反应,形成良好的界面结合。HTPB可以显著提升EP的韧性,但增强作用有限,且耐热性较差。纳米SiO_(2)能够起增强、增韧作用,同时也具有很好的热稳定性,但增韧效果不如HTPB。采用两者共同改性EP,具有很好的协同增强增韧效果。当HTPB添加量为3份、纳米SiO_(2)添加量为1份时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度相比于未改性EP,分别提升52.3%、54.0%和106.5%。添加HTPB和纳米SiO_(2)后,复合材料相比纯EP具有更低的介电常数。

纳米二氧化硅增强液晶复合凝胶

柔软的微环境是赋予液晶分子对外场快速响应的基本要求之一,但纯液晶材料却无任何力学强度,限制了其进一步应用.本文将粒径为150 nm的二氧化硅引入由向列相液晶4-正戊基-4′-氰基联苯（5CB）和凝胶因子亚苄基山梨醇（DBS）组成的液晶物理凝胶中,通过纳米Si O2与DBS的协同效应来凝胶液晶,大幅度提高了所形成的复合凝胶网络的储能模量.采用差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、流变仪和液晶显示参数测试仪等手段研究了液晶复合凝胶的相转变行为、形貌结构、流变和电光特性.结果表明,固定DBS含量为2.0%（质量分数,下同）时,与未加纳米粒子的液晶凝胶相比,随着纳米Si O2含量的增加,复合凝胶网络由纤维织构转变为类似球晶织构,其储能模量G′呈先增后减的趋势,当Si O2含量为2.0%时达到最大值1.5×10~5Pa,其阈值电压和关闭时间最大增幅不超过1和2倍.当二氧化硅添加量仅为0.5%时,复合凝胶的G′即可达10~5 Pa,提高了1个数量级,其阈值电压和关闭时间也分别只增加了46%和63%.此研究为进一步拓展此类材料在自支撑电光器件等领域的应用提供了新思路.