一种纳米二氧化硅制备方法与流程

本发明涉及一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，属于石油钻井用纳米材料制备技术领域。

背景技术：

纳米二氧化硅（SiO₂）是是一种性能优异、应用广泛的无机纳米材料，在橡胶、粘合剂和涂料等诸多领域应用广泛。泥页岩井壁稳定一直是困扰石油勘探开发的一大难点问题，实施快速有效封堵是抑制泥页岩坍塌的根本措施，由于页岩储层孔喉尺寸一般在5~100nm之间，需要根据页岩孔喉尺寸添加一定粒径的纳米颗粒，实现钻井液对页岩的快速封堵，而且需要特定粒径的纳米颗粒与岩储层孔喉尺寸相匹配才能起到有效封堵效果。因此，如果能够获得特定粒径的纳米二氧化硅颗粒，并将其应用到钻井技术领域中，对于页岩井壁稳定难题的解决能够起到积极作用。然而到目前为止要制备出单分散性且粒径可控的纳米二氧化硅还比较困难。而微乳液法是制备单分散纳米颗粒的有效方法之一，具有实验装置简单、操作容易、粒径可控以及颗粒分散性好等特点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种纳米二氧化硅制备方法，该方法装置简单、操作容易，制备的纳米二氧化硅颗粒大小均一、分散良好，粒径可控，能与页岩储层孔喉尺寸进行匹配，起到有效封堵泥页岩孔喉的目的，对于页岩井壁稳定难题的解决能够起到积极作用，能广泛应用于钻井液技术领域。

为了达到本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（1~3）:（1~2）:（5~10）的比例依次混合表面活性剂、助表面活性剂和正烷烃，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1体积份超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入20~30℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置20-30h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加占总体积份1%~5%TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入20~30℃恒温水浴中。反应30min~60min后，加入占总体积份5%~10%无水乙醇并摇匀，然后将体系在10000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入占总体积份5%~10%无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作，最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

在本发明的一个优选实施方式中，所述表面活性剂为：所述表面活性剂为2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、Span80、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、Tween20中的一种或几种的混合物。

在本发明的一个优选实施方式中，所述助表面活性剂为聚乙二醇、聚丙二醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇中的一种或几种。

在本发明的一个优选实施方式中，所述正烷烃为正丙烷、正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷中的一种或几种。

本发明的特点是采用反相微乳液法制备纳米二氧化硅颗粒，可以控制纳米颗粒的粒度，在微乳液体系中引入助表面活性剂，对生成的纳米颗粒起到保护作用，能够形成大小均一、分散良好的纳米二氧化硅颗粒。该种纳米颗粒能与页岩储层孔喉尺寸进行匹配，起到有效封堵泥页岩孔喉的目的，对于页岩井壁稳定难题的解决能够起到积极作用。

附图说明

图1为制备的一种纳米二氧化硅的TEM照片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明的范围并不限于以下实施例。注明以下体积份的百分比均以占总体积100%计算。

实施例1

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（mL）1: 1:8的比例依次混合Span80、正丙醇和正己烷，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1 mL超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入30℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置24h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加2%（体积分数）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入30℃恒温水浴中。反应30min后，加入5%（体积分数）无水乙醇并摇匀，然后将体系在10000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入5%（体积分数）无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作三次。最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

实施例2

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（mL）2: 1:9的比例依次混合2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、正丁醇和正庚烷，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1 mL超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入25℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置20h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加5%（体积分数）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入25℃恒温水浴中。反应一定时间后，加入10%（体积分数）无水乙醇并摇匀，然后将体系在9000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入10%（体积分数）无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作三次。最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

实施例3

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（mL）3: 2:9的比例依次混合十二烷基苯磺酸钠、正戊醇和正己烷，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1 mL超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入20℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置30h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加3%（体积分数）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入20℃恒温水浴中。反应一定时间后，加入6%（体积分数）无水乙醇并摇匀，然后将体系在11000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入6%（体积分数）无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作三次。最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

实施例4

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（mL）2: 2:7的比例依次混合十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇和正辛烷，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1 mL超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入28℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置24h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加2%（体积分数）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入28℃恒温水浴中。反应一定时间后，加入6%（体积分数）无水乙醇并摇匀，然后将体系在11000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入6%（体积分数）无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作三次。最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

实施例5

一种纳米二氧化硅的制备方法，具体步骤包括：

首先按体积比（mL）2: 1:7的比例依次混合十二烷基苯磺酸钠和Span80的混合物、聚乙二醇和正戊醇的混合物以及正辛烷，然后置于磁力搅拌器上，在搅拌的条件下缓慢滴入1 mL超纯水，待体系分散均匀后将玻璃瓶放入28℃恒温水浴中，即得到微乳液体系，静置22h后备用。

在配制的微乳液中缓慢滴加4%（体积分数）TMOS（正硅酸四甲酯），滴加过程中保持匀速搅拌，然后将此微乳液放入28℃恒温水浴中。反应一定时间后，加入6%（体积分数）无水乙醇并摇匀，然后将体系在8000 r/min条件下高速离心，移走上清液。再加入10%（体积分数）无水乙醇，然后超声分散并高速离心，重复该操作三次。最后得到纳米二氧化硅颗粒在无水乙醇中的分散体系。

按本发明实施例制备的一种纳米二氧化硅的TEM照片见附图1，纳米二氧化硅粒径在20~60nm之间。