一種改性有機膨潤土的製備方法
2023-05-31 00:29:51
專利名稱：一種改性有機膨潤土的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的膨潤土的製備方法，特別涉及一種改性有機膨潤土的製備方法。
背景技術：
膨潤土又名斑脫巖、膨土巖、蒙脫土等，是由凝灰巖或其它火山巖石在鹼性水的作用下蝕變而形成的一種層柱狀化合物。其主要成分為蒙脫石,其中含有Si02、A1203、Fe203、FeO、MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2^H2O0蒙脫石是一種二維平面層狀結構的矽鋁酸鹽，它分別由四面體和八面體組成的四面體(T)和八面體片(O)相間排列而成，蒙脫石最主要的結構單元是2:1層，即二個四面體片夾一個八面體片所組成的T-O-T層。四面體片以矽氧四面體為主，其中配位Si4+被Al3+、Fe3+等離子置換。八面體有六個氧原子或氫氧根組成，中心離子主要是六配位的Al3+，它可以被Fe3+、Fe2+、Mg2+、Li+等取代。當八面體、四面體中的陽離子被置換為低價時，使原結構增加等當量的負電荷，有層間吸附陽離子補償。蒙脫石層間的陽離子與晶體格架間形成電偶極子，加上蒙脫石晶層之間結合力較弱，能吸附極性水分子，根據陽離子種類及相對溼度，層間能吸附一層或二層的水分子。另外，在蒙脫石晶粒表面也能吸附一定的水分子。結構水以OH基形式存在於晶格中。膨潤土作為一種重要的非金屬礦產，儲量大、分布範圍廣。膨潤土的主要生產國有美國、中國、俄羅斯、義大利、希臘、印度和德國。目前，無論是石油鑽井還是地質勘探鑽井，都大量採用膨潤土配製的鑽井泥漿。膨潤土作為添加的增效劑可大大提高造漿率和鑽井效益，有利於鑽進各種複雜地質，預防井內事故發生。由於我國石油工業的發展對鑽井液用膨潤土需求量逐年增加，膨潤土在石油鑽井方面應用前景廣闊。鑽井泥漿在鑽井中起著重要作用，鑽漿分為兩類:一類為泥漿，載體主要是水，膨潤土是增稠劑；另一類為油基泥漿，載體主要為原油、柴油和白油。由於親油性的要求，主要採用有機改性膨潤土。目前國內外對膨潤土的研究和生產方法主要是利用陽離子表面活性劑作為改性齊 ，通過溼法、幹法或預凝膠法對鈉基膨潤土進行插層離子交換。也有研究將陽離子表面活性劑配合非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑作為改性劑。此外非離子表面活性劑、烷基胺、胺基酸、偶聯劑或醇類等也被用於膨潤土的插層或表面修飾來使膨潤土有機化。有機膨潤土的應用一般都是以與有機物質的混合為基礎，因此所製備的有機膨潤土片層有機修飾的越充分、片層間距越大，說明片層間作用力越小、排列越無規則，與有機物質的相容性就越好，有機膨潤土的應用性能就越好。因此，提供一種工藝簡單，生產成本低的改性有機膨潤土複合材料的製備方法就成為該技術領域急需解決的技術難題。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單，生產成本低的改性有機膨潤土的製備方法。
本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的:一種改性有機膨潤土的製備方法，包括如下步驟:(I)將鈉基膨潤土加入水進行攪拌，得鈉基膨潤土懸浮液；(2)在室溫下，將十六烷基三甲基溴化銨溶於水，然後再加入失水山梨醇油酸酯攪拌，得乳狀液；(3)將步驟(I)所得鈉基膨潤土懸浮液與步驟(2)所得乳狀液混合，進行恆溫振蕩反應，冷卻至室溫後經離心、洗滌、乾燥、粉碎、過目篩後，得到產品。以步驟(I)所述鈉基膨潤土懸浮液中以每千克鈉基膨潤土為基準，步驟(2)中所述十六烷基三甲基溴化銨加入量為0.5^2.5mol，所述失水山梨醇油酸酯的加入量為
0.5 2.5mol ο步驟(I)中，所述的鈉基膨潤土和水的重量比為(Γ5): (9擴95)，即I: 99飛:95 ;所述鈉基膨潤土懸浮液的製備方法為:採用天然鈉基膨潤土或人工鈉基膨潤土為原料，用水分散後獲得；也可用水分散後，再經離心分離除去沉澱雜質後獲得。懸浮液濃度約為I 5wt%。步驟(2)中，加入失水山梨醇油酸酯攪拌1.(Γ2.0小時，得乳狀液。步驟(3)中，所述恆溫振蕩反應的溫度為50°C 90°C，時間為Γ12小時；所述的乾燥溫度為60°C 105°C ;所述過目篩的目數為200目。本發明針對已知技術存在的問題，提供一種利用鈉基膨潤土懸浮液為原料，通過十六烷基三甲基溴化銨與失水山梨醇油酸酯吸附插層製備有機膨潤土的方法。既能獲得優質產品，又能實現工藝簡單，降低生產成本。本發明與已知技術相比較，明顯的特點是在鈉基膨潤土懸浮液中，加入陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑的乳狀液。眾所周知，鈉基膨潤土受水化能作用可以在水中穩定的懸浮分散，進而剝層，而其剝層的層板上時帶有負電的。陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑的形成的乳狀液中的帶正電囊泡就會因為靜電吸引及範德華力而被吸附到帶負電的膨潤土層板上。在離心分離洗滌的過程中因為其結合力較強，不會被洗掉。在乾燥的過程中，由於層板間水分子逐漸揮發，破壞了原有的平衡導致囊泡破裂，從而使陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑在膨潤土層間排列展開。此時，陽離子表面活性劑因化學吸附在膨潤土表面及層間，非離子表面活性劑因範德華力及氫鍵作用也被吸附在膨潤土表面及層間。這就是此法製備有機膨潤土的原理。下面通過附圖及具體實施方式
對本發明做進一步說明，但並不意味著對本發明保護範圍的限制。
圖1為鈉基膨潤土和本發明實施例1-5製備的有機膨潤土的成膠效果圖。圖2為鈉基膨潤土和本發明實施例1製備的有機膨潤土的X-射線衍射圖。
具體實施例方式
本發明改性有機膨潤土的製備方法，是以鈉基膨潤土為懸浮液原料，加入十六烷基三甲基溴化銨與失水山梨醇油酸酯的混合乳狀液，要點是在此乳狀液混合時，要充分將十六烷基三甲基溴化銨與失水山梨醇油酸酯完全混合溶解成乳白色的乳狀液，再將此乳狀液加入到鈉基膨潤土懸浮液中，產生的疏水性沉澱物，經分離洗去離子後乾燥，粉碎後過目篩獲得有機膨潤土產品。上述十六烷基三甲基溴化銨加入量是以鈉基膨潤土懸浮液中每千克鈉基蒙脫石為基準，加入量為0.5^1.5mol，失水山梨醇油酸酯的加入量也是以鈉基膨潤土懸浮液中每千克鈉基蒙脫石為基準，加入量為0.5^1.5mol。將這兩種表面活性劑混合均勻後加入到鈉基膨潤土的懸浮液中。實施例1製備鈉基膨潤土懸浮液:採用20g天然鈉基膨潤土或人工鈉基膨潤土為原料，用1980g (ml)水分散後，經離心分離除去沉澱雜質，獲得濃度約為lwt%的鈉基膨潤土懸浮液2kg。稱取IOmmol十六烷基三甲基溴化銨加入到IL水中，攪拌分散溶於水後，加入IOmmol的失水山梨醇油酸酯，攪拌；充分反應攪拌I小時後，得乳狀液。將製備的鈉基膨潤土懸浮液與乳狀液混合，在50°C下恆溫振蕩反應4小時。冷卻至室溫後，離心分離，取下層的膏狀物，洗滌。60°C乾燥、粉碎後過200目的目篩，即得到有機膨潤土樣品I。實施例2-5採用20g天然鈉基膨潤土或人工鈉基膨潤土為原料，實施方法與實施例1相同，改變鈉基膨潤土懸浮液濃度、十六烷基三甲基溴化銨及失水山梨醇油酸酯的濃度及乳化時間，改變恆溫振蕩反應時間溫度，改變乾燥溫度，參照實施例1的方法製備有機膨潤土樣品2-5。具體參數如表I所示。表I實施例2-5的實驗條件
權利要求
1.一種改性有機膨潤土的製備方法，包括如下步驟: (1)將鈉基膨潤土加入水進行攪拌，得鈉基膨潤土懸浮液； (2)在室溫下，將十六烷基三甲基溴化銨溶於水，然後再加入失水山梨醇油酸酯攪拌，得乳狀液； (3)將所得的鈉基膨潤土懸浮液與乳狀液混合，進行恆溫振蕩反應，冷卻至室溫後經離心、洗滌、乾燥、粉碎、過目篩後，得到改性有機膨潤土。
2.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:以每千克鈉基膨潤土為基準，十六烷基三甲基溴化銨的加入量為0.5^2.5mol，失水山梨醇油酸酯的加入量為 0.5 2.5mol ο
3.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:製備鈉基膨潤土懸浮液時，鈉基膨潤土和水的重量比為廣5: 99、5。
4.根據權利要求3所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:所述鈉基膨潤土懸浮液的製備方法為:採用天然鈉基膨潤土或人工鈉基膨潤土為原料，用水分散，經離心分離除去沉澱雜質後獲得。
5.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:加入失水山梨醇油酸酯攪拌1.(Γ2.0小時，得乳狀液。
6.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:所述恆溫振蕩反應的溫度為50°C 90°C，時間為4 12小時。
7.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:所述的乾燥溫度為 60 0C 105。。 。
8.根據權利要求1所述的改性有機膨潤土的製備方法，其特徵在於:所述的目篩的目數為200目ο
全文摘要
本發明涉及一種改性有機膨潤土的製備方法，包括(1)將鈉基膨潤土加入水進行攪拌，得鈉基膨潤土懸浮液；(2)在室溫下，將十六烷基三甲基溴化銨溶於水，然後再加入失水山梨醇油酸酯攪拌，得乳狀液；(3)將所得的鈉基膨潤土懸浮液與乳狀液混合，進行恆溫振蕩反應，冷卻至室溫後經離心、洗滌、乾燥、粉碎、過目篩後，得到改性有機膨潤土。產品的XRD譜圖表明本發明製備的改性有機膨潤土的層間距擴張值達到2.0nm~3.5nm，具有與有機物質更好的相容性。本發明作為白油基鑽井液的添加劑，成膠率提高至95%~100%。
文檔編號C01B33/44GK103145140SQ20131003451
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者朱紅, 樊建濤, 王芳輝 申請人:北京化工大學