CN110240156B - 石墨烯浓缩聚胶及其制备方法和应用 - Google Patents

石墨烯浓缩聚胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯浓缩聚胶，该石墨烯浓缩聚胶由石墨烯纳米片内核、双溶性表面活性覆膜和非离子表面活性胶体等组成。所述石墨烯纳米片内核的体积占比10‑30％、双溶性表面活性覆膜的体积占比20‑50％、非离子表面活性胶体的体积占比20‑70％。该石墨烯浓缩聚胶具有高分散、高活性、高润湿、高传导、高渗透、高吸附、高泡沫、高比表、高防腐、高耐磨等独特性能，而且安全环保。可用油、水、气、酸液、碱液、乳液、油漆、水泥浆、树脂等高倍稀释，广泛应用于油气开采、地热开发及传导、节能、渗透、防腐等领域。

Description

石墨烯浓缩聚胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及石墨烯，特别涉及石墨烯浓缩聚胶、石墨烯浓缩聚胶的制备方法和石墨烯浓缩聚胶的应用。
背景技术
石墨烯是比表面积超大、导电导热性能超强和抗压、耐磨、耐腐蚀腐的新型纳米薄片材料。
如何创新开发石墨烯纳米材料的独特性能，高效应用到油气增产、地热开发及传导、节能、防腐等领域，是全球关注和研究的热点、难点问题。
现有专利和技术，如电泳、超声、改性等配制的石墨烯分散液，不见或没有配制成石墨烯浓缩聚胶，然后根据不同需要任意高倍稀释应用。表面改性的石墨烯很难保持或完全恢复石墨烯纳米薄片的表面吸附性、耐磨性、润湿性、传导性等独特性能。目前石墨烯分散液的石墨烯含量低，分散剂含量高，通用配伍性和安全环保性差，制备和使用成本高，既不利于石墨烯独特性能的充分发挥，更不利于安全、环保、高效的运输、储存和大规模应用。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种石墨烯浓缩聚胶，该石墨烯浓缩聚胶具有高分散、高活性、高润湿、高传导、高渗透、高吸附、高泡沫、高比表、高防腐、高耐磨等独特性能，可用油、水、气、酸液、碱液、乳液、油漆、水泥浆、树脂等高倍稀释，广泛应用于油气开采、地热开发及传导、节能、渗透、防腐等领域。
技术方案是：一种石墨烯浓缩聚胶，该石墨烯浓缩聚胶由石墨烯纳米片内核、双溶性表面活性覆膜和非离子表面活性胶体等组成。所述石墨烯纳米片内核的体积占比10-30％、双溶性表面活性覆膜的体积占比20-50％、非离子表面活性胶体的体积占比20-70％。
作为优选，所述双溶性表面活性覆膜为既溶于水溶剂，又溶于有机溶剂，且沸点高于150℃的双溶性表面活性剂。
作为优选，所述双溶性表面活性剂为聚乙二醇、聚丙三醇、蔗糖酯、烷基醇酰胺、失水山梨醇酯或其混合物。
作为优选，所述非离子表面活性胶体为沸点高于100℃的非离子表面活性剂。
作为优选，所述非离子表面活性剂为氟碳、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十八氨聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯脂或其混合物。
本发明的目的之二，在于提供一种石墨烯浓缩聚胶的制备方法。
技术方案是：一种石墨烯浓缩聚胶的制备方法，包括以下步骤：
①按照体积比例量取石墨烯、双溶性表面活性剂、非离子表面活性剂，加入体积大于1倍、沸点低于100℃的乙醇、丙醇等挥发性环保型分散剂，搅拌混合均匀，制成石墨烯分散液；
②将①形成的石墨烯分散液，放入耐压耐温非金属密闭容器中，用微波加热。恒温90-100℃，直至挥发性分散剂完全蒸发气化，与石墨烯浓缩覆膜周围的其他表面活性剂形成高分散石墨烯覆膜泡沫。由于石墨烯纳米片导电导热和吸附微波能力强，优先快速升温和磁化，其表面及周围的沸点低的挥发性分散剂气化形成气泡，沸点高的双溶性表面活性剂在每一片石墨烯纳米薄片的表面形成覆膜。
③将②在耐压耐温容器中形成的高分散石墨烯覆膜泡沫，边搅拌或超声波振动释放出气体到常压，边冷却到常温，凝聚成石墨烯浓缩聚胶。
本发明的目的之三，在于提供石墨烯浓缩聚胶的应用。本发明石墨烯浓缩聚胶可根据油气开采、地热开发及传导、节能、储能、吸附、防腐等实际用途和使用条件，分别加入油、气、水、酸液、碱液、乳液、油漆、水泥浆、树脂等高倍稀释后使用。
技术方案是：一种石墨烯聚胶纳米泡沫/石墨烯聚胶热水或蒸汽/石墨烯聚胶纳米乳液/石墨烯聚胶纳米酸液/石墨烯聚胶纳米碱液/石墨烯聚胶纳米油漆/石墨烯聚胶纳米孔水泥石/石墨烯聚胶纳米树脂。所述石墨烯聚胶纳米泡沫，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用水稀释后和惰性气体注入泡沫发生器制成的；所述石墨烯聚胶热水或蒸汽，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用水稀释后加热制成的；所述石墨烯聚胶纳米乳液，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用乳液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米酸液，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用有机酸液或无机酸液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米碱液，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用碱液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米油漆，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用油漆稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米孔水泥石，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用水泥浆稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米树脂，是将上述的石墨烯浓缩聚胶用树脂稀释制成的。
发明原理：
本发明中，挥发性稀释剂主要在分散液时起临时分散作用，在微波加热浓缩时,全部稀释剂气化成气泡形成高分散石墨烯纳米片泡沫，最后全部蒸发挥发释放出来；双溶性表面活性剂在微波加热浓缩时，因石墨烯纳米片的高传导性和对微波的高吸附性，造成石墨烯纳米片快速升温和磁化分散排列，其表面形成双溶性表面活性浓缩分子薄膜包裹使得表面改性，防止石墨烯纳米片聚集成团，稀释应用时改性浓缩分子薄膜既可溶于水溶剂也可溶于有机溶剂中发挥表面活性剂的作用，失去覆膜的石墨烯纳米片又恢复表面活性、吸附性、传导性、耐磨性、防腐性等独特性能；非离子表面活性剂在微波加热浓缩时成为石墨烯覆膜的连续相分散剂，稀释应用时非离子表面活性剂既可溶于水溶剂也可溶于有机溶剂，发挥非离子表面活性剂的作用。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1、性能独特：本发明配制的石墨烯浓缩聚胶，具有高分散、高活性、高润湿、高传导、高渗透、高吸附、高泡沫、高比表、高防腐、高耐磨等独特的性能。
2、使用方便：本发明的石墨烯浓缩聚胶，高度浓缩，配伍性好，运输和使用方便。在常温下，易于加入油、气、水、酸液、碱液、油漆、水泥浆、树脂等任意比例混合稀释，分散性好，稳定性强，操作简单，使用方便。
3、应用广泛：本发明的石墨烯浓缩聚胶，可与油、气、水、酸液、碱液、乳液、油漆、水泥浆、钻井液、压裂液、树脂等混合，任意比例高倍高效稀释，广泛应用于油气开采、地热开发及节能、传导、渗透、防腐等领域。
4、安全环保：本发明配制的石墨烯浓缩聚胶，无酸无碱、无尘无水、无毒无害、中性稳定、防腐耐温，在生产、运输、储存、使用时安全、环保。术语说明
石墨烯浓缩聚胶-本发明中，石墨烯浓缩聚胶为石墨烯经先分散后浓缩形成的高分散性石墨烯覆膜胶状物。
附图说明
图1是本发明实施例1石墨烯浓缩聚胶微观形态图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
一种石墨烯浓缩聚胶的制备方法，包括以下步骤：
①按照体积比例量取石墨烯、双溶性表面活性剂、非离子表面活性剂，在密闭容器中顺序加入比前三者总体积大于1倍、沸点低于100℃的乙醇、丙醇等挥发性环保型分散剂，搅拌混合均匀，制成石墨烯分散液；
②将①形成的石墨烯分散液，放入耐压耐温密闭非金属容器中，用微波加热。由于石墨烯纳米片导电导热和吸附微波能力强，优先快速升温和磁化，其表面及周围的沸点低的挥发性分散剂气化形成气泡，沸点高的双溶性表面活性剂在每一片石墨烯纳米薄片的表面形成覆膜。恒温90-100℃，直至挥发性分散剂完全蒸发气化，与石墨烯浓缩覆膜周围的其他表面活性剂形成高分散石墨烯覆膜泡沫。
③将②在耐压耐温容器中形成的高分散石墨烯覆膜泡沫，边搅拌或超声波振动释放出气体到常压，边冷却到常温，凝聚成石墨烯浓缩聚胶。
实施例1石墨烯浓缩聚胶的制备
①分别量取石墨烯200毫升、聚乙二醇双溶性表面活性剂300毫升、氟碳非离子表面活性剂500毫升和无水乙醇挥发性分散剂1000毫升。在密闭容器中顺次加入无水乙醇、石墨烯、氟碳、聚乙二醇，搅拌均匀形成中性的石墨烯分散液；
②将①形成的中性石墨烯分散液加入耐温、耐压的非金属密闭容器中，用微波加热并恒温在90-100℃，直至挥发性稀释剂完全蒸发气化，形成石墨烯高分散纳米泡沫聚胶。本步骤中，石墨烯表面升温，其表面的挥发性稀释剂逐步蒸发气化，且其表面的双溶性分散剂和非离子表面活性剂逐步浓缩成膜，将石墨烯包裹，使石墨烯表面改性，不易聚集。
③将②形成的石墨烯高分散纳米泡沫聚胶在常压下自然冷却到常温，最后凝聚成具有高分散、高活性、高润湿、高传导、高渗透、高吸附、高发泡、高比表、高防腐、高耐磨等独特性能的石墨烯浓缩聚胶900毫升。该石墨烯浓缩聚胶中，石墨烯纳米片内核占总体积的22.2％，双溶性表面活性覆膜占总体积的33.3％，非离子表面活性胶体占总体积的44.5％。
本实施例制成的石墨烯浓缩聚胶如图1。
实施例2石墨烯聚胶纳米泡沫
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入1000-10000倍(体积倍数)的水稀释，然后分别将稀释液和氮气、二氧化碳等惰性气体注入泡沫发生器混合，形成高分散、高活性、高润湿、高传导、高稳定的纳米石墨烯聚胶泡沫。该纳米石墨烯聚胶泡沫用于油气田泡沫钻井、泡沫固井、泡沫酸化、泡沫酸压、泡沫压裂、泡沫驱油、泡排采气、泡沫排水、泡沫清洗、泡沫灭火等。
实施例3石墨烯聚胶热水或蒸汽
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入1000-5000倍(体积倍数)的水稀释后加热，形成高分散、高活性、高润湿、高导热等特性的石墨烯聚胶热水或蒸汽，然后注入稠油或油砂层进行吞吐或驱替，高效开采稠油和油砂，提高热效、产量和采收率。
实施例4石墨烯聚胶纳米乳液
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入1000-10000倍(体积倍数)的油水乳化液稀释，制成高分散、高活性、高润湿、高比表、超稳定特性的石墨烯聚胶纳米乳液，该石墨烯聚胶纳米乳液用于稠油、石蜡和沥青等的乳化、降粘、钻井、压裂、防堵、解堵等。
实施例5石墨烯聚胶纳米酸液
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入1000-10000倍(体积倍数)的有机酸液或无机酸液稀释，配制成高分散、高活性、高润湿、高比表、高防腐等特性石墨烯聚胶纳米酸液，该石墨烯聚胶纳米酸液用于油气水井酸洗、酸化、酸压等作业。
实施例6石墨烯聚胶纳米碱液
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入1000-10000倍(体积倍数)的碱液中稀释，配制成具有高分散、高活性、高吸附、高防腐等特性的石墨烯聚胶纳米碱液，该石墨烯聚胶纳米碱液用于驱油、吸碳、除硫、防腐等。
实施例7石墨烯聚胶纳米油漆
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入100-1000倍(体积倍数)的油漆稀释，配制成具有高传导、高耐磨、高防腐等特性的石墨烯聚胶纳米油漆，该石墨烯聚胶纳米油漆可用于超薄高效的导热、导电、耐温、耐磨、防腐涂层等。
实施例8石墨烯聚胶纳米孔水泥
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入100-1000倍(体积倍数)的水泥浆稀释，配制成具有高渗透、高传导、高耐磨、高防腐等特性石墨烯聚胶纳米孔水泥。该石墨烯聚胶纳米孔水泥用于油气、地热开采渗透性水泥石压裂、控水、防砂，渗透路面、地暖楼面、透气墙面等海绵城市建设。
实施例9石墨烯聚胶纳米树脂
将根据实施例1的方法制备出的石墨烯浓缩聚胶加入100-1000倍(体积倍数)的树脂稀释，配制成高导电、高传热、高耐磨、高防腐等特性的石墨烯聚胶纳米树脂，该石墨烯聚胶纳米树脂用于油气领域易燃易爆场所的避雷器、防静电器、防腐散热器、耐磨防腐涂层等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯浓缩聚胶，该石墨烯浓缩聚胶包括石墨烯纳米薄片内核、双溶性表面活性覆膜和非离子表面活性胶体。
2.根据权利要求1所述的石墨烯浓缩聚胶，其特征在于：所述石墨烯纳米薄片内核的体积占比10-30%、双溶性表面活性覆膜的体积占比20-50%、双溶性表面活性胶体的体积占比20-70%。
3.根据权利要求1或2任一所述的石墨烯浓缩聚胶，其特征在于：所述双溶性表面活性覆膜为既溶于水溶剂，又溶于有机溶剂，且沸点高于150℃的双溶性表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的石墨烯浓缩聚胶，其特征在于：所述双溶性表面活性剂为聚乙二醇、聚丙三醇、烷基醇酰胺或其混合物。
5.根据权利要求1或2任一所述的石墨烯浓缩聚胶，其特征在于：所述非离子表面活性胶体为沸点高于100℃的非离子表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的石墨烯浓缩聚胶，其特征在于：所述非离子表面活性剂为氟碳、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、高碳脂肪酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十八氨聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯脂或其混合物。
7.一种权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶的制备方法，包括以下步骤：
①按照体积比例量取石墨烯、双溶性表面活性剂、非离子表面活性剂，顺序加入体积大于1倍、沸点低于100℃的乙醇或丙醇挥发性环保型分散剂，搅拌混合均匀，制成石墨烯分散液；
②将①形成的石墨烯分散液，放入耐压耐温非金属密闭容器中，用微波加热；恒温90-100℃，直至挥发性分散剂完全蒸发气化，石墨烯浓缩覆膜周围的其他表面活性剂形成高分散石墨烯覆膜泡沫；
③将②在耐压耐温非金属容器中形成的高分散石墨烯覆膜泡沫，边搅拌或超声波振动释放出气体到常压，边冷却到常温，最后凝聚成石墨烯浓缩聚胶。
8.一种石墨烯聚胶纳米泡沫/石墨烯聚胶热水或蒸汽/石墨烯聚胶纳米乳液/石墨烯聚胶纳米酸液/石墨烯聚胶纳米碱液/石墨烯聚胶纳米油漆/石墨烯聚胶纳米水泥浆/石墨烯聚胶纳米树脂浆，其特征在于：所述石墨烯聚胶纳米泡沫是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶，用水稀释后通入惰性气体制成的；所述石墨烯聚胶热水或蒸汽是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用水稀释后加热制成的；所述石墨烯聚胶纳米乳液是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用乳液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米酸液是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用有机酸液或无机酸液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米碱液是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用碱液稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米油漆是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用油漆稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米孔水泥浆是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用水泥浆稀释制成的；所述石墨烯聚胶纳米树脂是将权利要求1-6任一权利要求所述的石墨烯浓缩聚胶用树脂稀释制成的。
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