아크릴아미드를 기반으로 한 수용성 이온성 액체 공중합체의 합성 및 점토 현탁액의 응집 특성 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14177(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

점토 광물층에 의한 수분 흡수 및 팽윤을 극복하기 위해서는 유기 고분자가 원료로 사용되는 수성 굴착 유체용 안정화 첨가제를 개발하는 것이 매우 중요합니다. 응집제 역할을 하는 아크릴아미드 공중합체는 몬모릴로나이트와 같은 광물을 분리할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 본 연구에서는 아크릴아미드-암포터, 아크릴아미드-암포터-음이온 및 아크릴아미드-암포터-양이온을 포함하는 세 가지 수용성 공중합체를 합성하고 푸리에 변환 적외선 분광법, 핵자기공명, 겔 투과 크로마토그래피, 시차 주사 열량계, 열중량 분석 및 파생 열 중량 분석 기술. 이들 공중합체는 몬모릴로나이트 입자를 함유한 현탁액을 처리하기 위한 응집제로 사용되었으며, 침전 부피 측정, 주사 전자 현미경 분석, X선 회절 분석, 접촉각 측정과 같은 다양한 분석 방법을 사용하여 사이의 관계를 확인했습니다. 억제 성능. 몬모릴로나이트 판의 응집은 몬모릴로나이트와 합성된 공중합체 사이의 정전기적 인력에 기인합니다. 고분자량 공중합체는 수성 굴착 유체에 대해 더 큰 열 안정성과 더 나은 응집 특성을 제공합니다. 시험된 공중합체 중 가장 높은 분자량을 갖는 아크릴아미드-암포터-음이온 샘플은 다른 공중합체와 비교할 때 응고제로서 최고의 성능을 나타냈습니다.

드릴링 머드는 드릴링 공정에서 분리할 수 없는 부분인 물이나 기름에 있는 몬모릴로나이트 입자의 현탁액으로 구성됩니다. 현재 유전에서 사용되는 대부분의 시추 머드는 물에서 제형화됩니다1,2,3. 수성 굴착 유체를 사용한 굴착 중 셰일 수화는 주요 문제입니다4. 시추 중에 몬모릴로나이트 셰일의 팽창을 최소화하려면 응집제가 필수적입니다5. 합성 응집제는 효율성과 저렴한 비용으로 인해 천연 응집제보다 더 효과적입니다6. 연구에 따르면 응집의 효율성과 특성은 응집제의 구조, 분자량, 전하 및 투여량과 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 브리징이 응집의 주요 메커니즘인 시스템에서 전하와 관계없이 고분자량 고분자 전해질을 사용하면 응집 공정이 크게 향상될 수 있습니다7,8,9. 브리징 메커니즘 외에도 응집은 전하 중화, 특히 패치 메커니즘을 통해 발생할 수도 있습니다. 이러한 경우에는 일반적으로 저분자량 고분자 전해질이 사용됩니다. 음전하를 띤 점토가 있는 상태에서 양이온 고분자 전해질을 사용할 때 주요 원동력은 정전기적 인력입니다. 잠재적인 셰일 억제제로 여러 가지 재료가 조사되었지만 대부분은 시추 시 성능 저하로 인해 잠재적인 적용을 방해합니다. 응집제는 일반적으로 특정 온도 범위 내에서 잘 작동합니다. 또한 환경의 pH는 응집제의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 고분자 응집제는 유체의 염분에 대해 현저한 민감성을 나타냅니다12,13. 유체 손실을 방지하기 위해 수성 굴착 유체에 다양한 수용성 폴리머가 사용되었습니다. 고온으로 인해 드릴링 유체 처리제의 고장이 발생합니다14. 따라서 내열성과 친환경성을 갖춘 응집제의 설계가 필요하다15. 아크릴아미드 공중합체는 벽 불안정성과 붕괴 문제를 극복하기 위해 굴착 유체 첨가제로 사용됩니다. 많은 연구 결과에 따르면 적합한 단량체와 공중합된 아크릴아미드는 높은 열 안정성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다17. 대부분의 응집제는 아크릴아미드 기반 폴리머이며 음이온, 양이온, 비이온 또는 양쪽성 형태로 제공될 수 있습니다18. 몬모릴로나이트 입자 표면의 공중 합체 흡착은 일반적으로 단량체의 작용기와 전하 분포에 따라 달라집니다. 아크릴아미드 공중합체와 몬모릴로나이트 시트 사이의 상호작용은 정전기적 인력을 통해 발생합니다. 따라서 아크릴아미드 공중합체 사슬의 하전된 작용기 유형이 변경됨에 따라 몬모릴로나이트와의 상호작용도 변경됩니다. 또한 현 세계의 가장 큰 문제는 환경오염의 증가로 인한 담수부족이다. 응집은 폐수 처리에 효과적이고 경제적인 방법입니다. 폐수 처리에는 유기 및 무기 물질을 제거하기 위해 사용되는 응집제가 많이 있습니다15,25,26. 이러한 분산액 처리를 무시하면 귀중한 수자원이 낭비될 뿐만 아니라 심각한 환경 문제를 일으키는 등 해로운 영향을 미칠 수 있습니다27. 폴리아크릴아미드와 그 공중합체는 수처리 및 슬러지 탈수에 광범위하게 사용됩니다. 응집 효율은 사용된 응집제 유형, 분자량, 현탁액 내 농도 등의 요인에 의해 영향을 받습니다. 응집은 전하 중화 및 브리징 메커니즘을 통해 발생합니다. 응집 공정은 탁도가 눈에 띄게 감소하고 입자 침전이 가속화될 때 효과적이고 만족스러운 것으로 간주됩니다28,29,30,31. 본 연구에서는 AA, DMAPS, AMPS 및 DADMAC 단량체를 함유한 공중합체를 제조하여 수성 굴착 유체의 응고제 첨가제로 적용했습니다. 이들 공중합체는 몬모릴로나이트 광물의 수화 팽윤을 크게 방지할 수 있는 한편, 몬모릴로나이트 입자와 정전기적 인력을 발생시켜 응고를 유발한다.