不同尺寸、物相、形貌的碳酸鈣在工業(yè)上有不同的應(yīng)用,不僅如此,碳酸鈣還是油田生產(chǎn)過程中常見的結(jié)垢物質(zhì)之一。因此,研究不同化學(xué)環(huán)境下所得到的碳酸鈣的物相與形貌以及添加劑對(duì)碳酸鈣物相和形貌的影響,對(duì)于碳酸鈣的應(yīng)用及油田垢的認(rèn)知都具有一定意義。本論文通過采用氯化鈣、碳酸鈉直接混合沉淀法,研究了水體系及體積分?jǐn)?shù)10%的水包油煤油乳液體系中不同的表面活性劑(陰、陽、非三種類型離子表面活性劑)及其他添加劑的調(diào)控對(duì)碳酸鈣物相、形貌、及生長(zhǎng)過程的影響,并通過FT-IR、XRD表征手段對(duì)收集到的樣品的物相進(jìn)行表征,用SEM表征手段對(duì)樣品的形貌進(jìn)行表征。研究發(fā)現(xiàn):水體系中,陰離子表面活性劑SDS、HABS和SDBS都是在反應(yīng)初期促進(jìn)了晶型的轉(zhuǎn)化,而反應(yīng)后期抑制了晶型的轉(zhuǎn)化;陽離子表面活性劑CTAB前期稍稍抑制了晶型的轉(zhuǎn)化,而后期促進(jìn)了晶型的轉(zhuǎn)化;非離子表面活性劑OP-10在整個(gè)熟化的整個(gè)過程中都是促進(jìn)了球霰石向方解石的轉(zhuǎn)化。其中,非離子表面活性劑OP-10單獨(dú)調(diào)控的體系對(duì)碳酸鈣形貌影響較小,而OP-10與HPAM共同調(diào)控的體系使獲得的碳酸鈣顆粒邊界模糊、表面粗糙且晶體內(nèi)部存在缺陷。陰離子表面活性劑HABS和SDBS后期的抑制程度明顯大于SDS,這是由于HABS和SDBS結(jié)構(gòu)中的端位含具有較大的空間位阻的苯環(huán),從而阻礙了晶型轉(zhuǎn)化的過程。而且,不同于常規(guī)的立方狀方解石,在添加劑SDS調(diào)控下合成的方解石碳酸鈣是由大量棱角分明的碎塊堆積而成的不規(guī)則球體。HABS和SiO_2共同調(diào)控的體系可形成花生狀、無規(guī)則聚集體及麥穗狀特殊形貌。在乳液體系中,不同類型的表面活性劑對(duì)碳酸鈣的影響與水體系中既有相同的地方,又有不同的地方。陰離子表面活性劑SDS、陽離子表面活性劑CTAB和非離子表面活性劑OP-10與HPAM共同調(diào)控的乳液體系對(duì)碳酸鈣由球霰石向方解石的轉(zhuǎn)化都起到了促進(jìn)的作用。SDS乳化的煤油乳液介質(zhì)抑制了晶體向完好形貌的生長(zhǎng),所形成的碳酸鈣普遍呈現(xiàn)缺損球、不規(guī)則立方及碎塊狀。而非離子表面活性劑OP-10和陰離子表面活性劑SDBS調(diào)控的乳液體系對(duì)碳酸鈣由球霰石向方解石的轉(zhuǎn)化都起到了抑制的作用,SDBS調(diào)控的乳液體系對(duì)碳酸鈣形成有晶型過程的抑制作用尤為明顯,是可以維持納米級(jí)的先驅(qū)相無定形碳酸鈣在熟化時(shí)間維0.5 h依舊存在的一種新體系。同時(shí),本文針對(duì)兩種體系中不同添加劑如何導(dǎo)致的碳酸鈣的不同生長(zhǎng)方式、形貌及物相進(jìn)行了機(jī)理探究,并以機(jī)理圖的形式進(jìn)行了闡釋。這可以對(duì)不同體系條件下碳酸鈣的形貌、物相及性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè),并對(duì)油田結(jié)垢相關(guān)工作有理論指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ132.32
【部分圖文】：

常見的是方解石和球霰石。不同體系、不同添加劑及不同合成方法會(huì)影響碳核過程，導(dǎo)致不同物相和形貌。不同晶型、尺寸及形貌的碳酸鈣在工業(yè)上有。同時(shí)，CaCO3也是油田生產(chǎn)中常見的結(jié)垢物質(zhì)之一[1]。研究 CaCO3的晶型與形貌，無論是對(duì)于 CaCO3的應(yīng)用，還是對(duì)于油田垢的大意義。因此本文選用了水體系及煤油乳液體系，研究不同體系及添加劑對(duì)貌及晶型的影響。碳酸鈣的成核過程及合成方法碳酸鈣是一種無機(jī)化合物，在常溫下微溶于水，其水溶液的 pH 值在 9.5 與 量的中外學(xué)者對(duì)碳酸鈣的形成進(jìn)行了研究，學(xué)者們普遍認(rèn)為碳酸鈣的形成下三個(gè)部分：晶核形成、晶體長(zhǎng)大和晶型轉(zhuǎn)變。在碳酸鈣晶體形成的過程中核形成對(duì)碳酸鈣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有著重要影響；而晶體生長(zhǎng)及晶型轉(zhuǎn)化也會(huì)受到、有機(jī)物及不同物化條件的影響。它們分別從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩個(gè)角度影響長(zhǎng)速度、顆粒間的聚集程度晶體的成核位點(diǎn)等，進(jìn)而促進(jìn)不同晶型及形貌的成，形成路線如圖 1-1 所示[2]。

體系中存在添加劑時(shí)，添加劑吸附到最初的顆粒表面，通過中尺度自組裝形成體（圖 1-1 路徑 c）。除了上述三種途徑外，晶核簇還可以由最初的無定形顆粒以某種方式最終形成有復(fù)雜形貌晶體（圖 1-1 路徑 d）。不同碳酸鈣的形成受多種因素的制約。Chen 等[3]的研究表明，體系中溶液的度對(duì)晶體的誘導(dǎo)、生長(zhǎng)、形貌和結(jié)晶速率有著重要影響。此外，碳酸鈣因形成過處的位置不同（體相直接沉積、在金屬表面沉積）晶體尺寸有所不同。對(duì)比實(shí)驗(yàn)屬表面沉積形成的碳酸鈣晶體粒徑較體相直接沉積晶體的尺寸大，這證實(shí)了與均條件相比，異相成核促進(jìn)了晶體的生長(zhǎng)。英國學(xué)者 Neville[4]也對(duì)碳酸鈣在體相沉金屬表面的沉積的兩種成核方式進(jìn)行了對(duì)比，如圖 1-2。溶液中物質(zhì)的結(jié)晶需要核及隨之而來的晶體生長(zhǎng)，均相成核是本體溶液中的原子/分子排列形成晶體并界簇尺寸的過程，該尺寸的顆粒是晶體的穩(wěn)定核。異相成核是指晶體在現(xiàn)有固體形成核，通常不是指液體中其他物質(zhì)的表面或任何其他與流體的界面的表面。以成核為例，均相成核是指過飽和的體相溶液中存在有鈣離子和碳酸根離子的離子者結(jié)合為亞穩(wěn)態(tài)的晶體/晶核，該晶核生長(zhǎng)在有缺損的晶體的不完好位點(diǎn)處（圖）；異相成核是指鈣離子和碳酸根離子組成的離子對(duì)生長(zhǎng)在金屬管壁上的表面缺損

同表面活性劑濃度的水包油乳液中碳酸鈣成核顆粒的聚集狀態(tài)：低濃度(1)，不同形貌及晶型的碳酸鈣的傳統(tǒng)方法有改變?nèi)軇�、溫度、pH 值及使。由于不同晶型及形貌的碳酸鈣具有不同的性質(zhì)，因此，多形性在使鈣的形成或用于內(nèi)部的其他化學(xué)品中起到了重要作用。研究表明各種碳酸鈣的成核、結(jié)晶及生長(zhǎng)過程而對(duì)其晶型及形貌產(chǎn)生影響的，碳酸相互作用機(jī)制取決于添加劑分子的尺寸、離子電荷和結(jié)構(gòu)，這些添加為可溶性添加劑、非可溶性添加劑、有機(jī)添加劑、無機(jī)添加劑、大分加劑等等，有機(jī)添加劑使用最普遍，通常為表面活性劑。表面活性劑質(zhì)在碳酸鈣結(jié)晶過程中起到了很大的作用，不同類型的表面活性劑對(duì)的影響不同[6]，有的起抑制結(jié)晶轉(zhuǎn)化的作用，有的則促進(jìn)碳酸鈣結(jié)晶處理過的碳酸鈣表面能降低，其表面發(fā)生反轉(zhuǎn)作用變成疏水親油性[表面活性劑處理過的尺寸小。CaCO3按粒徑尺寸可分為微粒碳酸鈣(碳酸鈣（直徑 l μm~5 μm）、微細(xì)碳酸鈣（直徑 0.1 μm~1 μm）、超細(xì)m~0.1 μm）、超微細(xì)碳酸鈣（直徑小于 0.02μm）、納米碳酸鈣（直徑 顆粒尺寸不同的碳酸鈣應(yīng)用范圍不同。間歇攪拌式碳化法可制得納
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2847230