一種納米二氧化硅制備方法與流程

本發明涉及一種納米二氧化硅顆粒的制備方法，屬于石油鉆井用納米材料制備技術領域。

背景技術：

納米二氧化硅（SiO₂）是是一種性能優異、應用廣泛的無機納米材料，在橡膠、粘合劑和涂料等諸多領域應用廣泛。泥頁巖井壁穩定一直是困擾石油勘探開發的一大難點問題，實施快速有效封堵是抑制泥頁巖坍塌的根本措施，由于頁巖儲層孔喉尺寸一般在5~100nm之間，需要根據頁巖孔喉尺寸添加一定粒徑的納米顆粒，實現鉆井液對頁巖的快速封堵，而且需要特定粒徑的納米顆粒與巖儲層孔喉尺寸相匹配才能起到有效封堵效果。因此，如果能夠獲得特定粒徑的納米二氧化硅顆粒，并將其應用到鉆井技術領域中，對于頁巖井壁穩定難題的解決能夠起到積極作用。然而到目前為止要制備出單分散性且粒徑可控的納米二氧化硅還比較困難。而微乳液法是制備單分散納米顆粒的有效方法之一，具有實驗裝置簡單、操作容易、粒徑可控以及顆粒分散性好等特點。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種納米二氧化硅制備方法，該方法裝置簡單、操作容易，制備的納米二氧化硅顆粒大小均一、分散良好，粒徑可控，能與頁巖儲層孔喉尺寸進行匹配，起到有效封堵泥頁巖孔喉的目的，對于頁巖井壁穩定難題的解決能夠起到積極作用，能廣泛應用于鉆井液技術領域。

為了達到本發明的目的，本發明提供了以下技術方案：

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（1~3）:（1~2）:（5~10）的比例依次混合表面活性劑、助表面活性劑和正烷烴，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1體積份超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入20~30℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置20-30h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加占總體積份1%~5%TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入20~30℃恒溫水浴中。反應30min~60min后，加入占總體積份5%~10%無水乙醇并搖勻，然后將體系在10000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入占總體積份5%~10%無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作，最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

在本發明的一個優選實施方式中，所述表面活性劑為：所述表面活性劑為2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、壬基酚聚氧乙烯醚、Span80、聚丙烯酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、Tween20中的一種或幾種的混合物。

在本發明的一個優選實施方式中，所述助表面活性劑為聚乙二醇、聚丙二醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇中的一種或幾種。

在本發明的一個優選實施方式中，所述正烷烴為正丙烷、正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷中的一種或幾種。

本發明的特點是采用反相微乳液法制備納米二氧化硅顆粒，可以控制納米顆粒的粒度，在微乳液體系中引入助表面活性劑，對生成的納米顆粒起到保護作用，能夠形成大小均一、分散良好的納米二氧化硅顆粒。該種納米顆粒能與頁巖儲層孔喉尺寸進行匹配，起到有效封堵泥頁巖孔喉的目的，對于頁巖井壁穩定難題的解決能夠起到積極作用。

附圖說明

圖1為制備的一種納米二氧化硅的TEM照片。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明進行詳細說明，但本發明的范圍并不限于以下實施例。注明以下體積份的百分比均以占總體積100%計算。

實施例1

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（mL）1: 1:8的比例依次混合Span80、正丙醇和正己烷，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1 mL超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入30℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置24h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加2%（體積分數）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入30℃恒溫水浴中。反應30min后，加入5%（體積分數）無水乙醇并搖勻，然后將體系在10000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入5%（體積分數）無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作三次。最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

實施例2

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（mL）2: 1:9的比例依次混合2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鈉、正丁醇和正庚烷，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1 mL超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入25℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置20h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加5%（體積分數）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入25℃恒溫水浴中。反應一定時間后，加入10%（體積分數）無水乙醇并搖勻，然后將體系在9000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入10%（體積分數）無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作三次。最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

實施例3

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（mL）3: 2:9的比例依次混合十二烷基苯磺酸鈉、正戊醇和正己烷，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1 mL超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入20℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置30h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加3%（體積分數）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入20℃恒溫水浴中。反應一定時間后，加入6%（體積分數）無水乙醇并搖勻，然后將體系在11000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入6%（體積分數）無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作三次。最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

實施例4

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（mL）2: 2:7的比例依次混合十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇和正辛烷，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1 mL超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入28℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置24h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加2%（體積分數）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入28℃恒溫水浴中。反應一定時間后，加入6%（體積分數）無水乙醇并搖勻，然后將體系在11000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入6%（體積分數）無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作三次。最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

實施例5

一種納米二氧化硅的制備方法，具體步驟包括：

首先按體積比（mL）2: 1:7的比例依次混合十二烷基苯磺酸鈉和Span80的混合物、聚乙二醇和正戊醇的混合物以及正辛烷，然后置于磁力攪拌器上，在攪拌的條件下緩慢滴入1 mL超純水，待體系分散均勻后將玻璃瓶放入28℃恒溫水浴中，即得到微乳液體系，靜置22h后備用。

在配制的微乳液中緩慢滴加4%（體積分數）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加過程中保持勻速攪拌，然后將此微乳液放入28℃恒溫水浴中。反應一定時間后，加入6%（體積分數）無水乙醇并搖勻，然后將體系在8000 r/min條件下高速離心，移走上清液。再加入10%（體積分數）無水乙醇，然后超聲分散并高速離心，重復該操作三次。最后得到納米二氧化硅顆粒在無水乙醇中的分散體系。

按本發明實施例制備的一種納米二氧化硅的TEM照片見附圖1，納米二氧化硅粒徑在20~60nm之間。