本發(fā)明屬于石油化工，具體涉及一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著油田開采的持續(xù)增長，油田水的處理問題逐漸成為制約油田生產(chǎn)效率和環(huán)境保護(hù)的重要因素之一。油田水中含有大量的硬水離子（如鈣離子等），這些離子在高溫和高壓的條件下，容易與水中的其他成分反應(yīng)，形成碳酸鈣等礦物沉淀，造成結(jié)垢現(xiàn)象，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行，增加管道和設(shè)備的維護(hù)成本，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)停滯。因此，阻垢劑的應(yīng)用成為了油田水處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、目前，常見的油田水阻垢劑多為有機(jī)磷酸鹽類、聚合物類、無機(jī)鹽類等，但這些傳統(tǒng)阻垢劑在應(yīng)用過程中存在一定的局限性。例如，有機(jī)磷酸鹽類阻垢劑雖然有效，但其長期使用可能對環(huán)境造成污染，且在高鹽環(huán)境下效果降低；聚合物類阻垢劑則容易與水中的其他物質(zhì)發(fā)生不良反應(yīng)，導(dǎo)致其效能衰減。因此，開發(fā)環(huán)保、高效且穩(wěn)定的阻垢劑，成為了油田水處理領(lǐng)域的重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑及其制備方法和應(yīng)用，先利用檸檬酸作為碳源，硫代氨基酸作為氮源和硫源，通過水熱法制備出碳量子點(diǎn)，然后利用聚乙烯亞胺通過共價鍵修飾碳量子點(diǎn)，形成該油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明一方面提供了一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將檸檬酸和硫代氨基酸加入到去離子水中，攪拌溶解，形成溶液；

5、對溶液進(jìn)行高溫碳化反應(yīng)，高溫碳化反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，制得初步合成的碳量子點(diǎn)溶液，對初步合成的碳量子點(diǎn)溶液進(jìn)行純化，制得純化后的碳量子點(diǎn)溶液；

6、將聚乙烯亞胺溶解于去離子水中，制得聚乙烯亞胺溶液；

7、將聚乙烯亞胺溶液滴加至純化后的碳量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行表面修飾反應(yīng)，表面修飾反應(yīng)結(jié)束后，使用無水乙醇沉淀被聚乙烯亞胺修飾后的碳量子點(diǎn)溶液，再冷凍干燥，制得油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。

8、在一實(shí)施方式中，所述硫代氨基酸為胱氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸中的一種。

9、在一實(shí)施方式中，所述硫代氨基酸和檸檬酸的質(zhì)量比為1:（2~2.4）。

10、在一實(shí)施方式中，所述溶液中的去離子水的添加量為硫代氨基酸和檸檬酸總質(zhì)量的15~20倍。

11、在一實(shí)施方式中，所述高溫碳化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為160~180°c，所述高溫碳化反應(yīng)的反應(yīng)時間為8~10h；

12、所述表面修飾反應(yīng)的反應(yīng)溫度為60~80°c，所述表面修飾反應(yīng)的反應(yīng)時間為20~24h。

13、在一實(shí)施方式中，所述純化的過程，如下：

14、采用微孔濾膜過濾除去大顆粒，使用透析袋透析3天，去除未反應(yīng)的小分子雜質(zhì)，得到純化后的碳量子點(diǎn)溶液；

15、其中，所述微孔濾膜的粒徑為0.22?μm，透析袋的截斷分子量為1000?da。

16、在一實(shí)施方式中，所述聚乙烯亞胺溶液中的聚乙烯亞胺和去離子水的質(zhì)量比為1:（15~20）。

17、在一實(shí)施方式中，所述聚乙烯亞胺溶液和純化后的碳量子點(diǎn)溶液的質(zhì)量比為1:（2~3）。

18、本發(fā)明還提供了一種如上述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法制得的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。

19、本發(fā)明還提供了如上述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法制得的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑在油田開發(fā)過程中的應(yīng)用。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

21、本發(fā)明提供的一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，該制備方法先利用檸檬酸作為碳源，硫代氨基酸作為氮源和硫源，通過水熱法制備出碳量子點(diǎn)，然后利用聚乙烯亞胺通過共價鍵修飾碳量子點(diǎn)，形成該油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。該方法通過硫代氨基酸的引入，使得氮和硫元素在水熱反應(yīng)中直接摻雜到碳量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，避免了復(fù)雜的多步摻雜過程，聚乙烯亞胺通過共價鍵與碳量子點(diǎn)表面的羧基或羥基反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，避免了物理吸附修飾的不穩(wěn)定性。

22、本發(fā)明所制得的碳量子點(diǎn)阻垢劑，首先，具有高效的阻垢性能，聚乙烯亞胺修飾后的碳量子點(diǎn)表面帶有大量的氨基和羧基等官能團(tuán)。這些官能團(tuán)能夠有效地吸附絡(luò)合水中的金屬陽離子，抑制它們與其他離子反應(yīng)生成沉淀，降低結(jié)垢的可能性。其次，其碳量子點(diǎn)本身具有優(yōu)異的熒光特性，可通過熒光顯微鏡或熒光探測器實(shí)時觀察阻垢劑的分布和作用效果。最后，碳量子點(diǎn)本身是低毒性和生物相容性良好的材料，相較于傳統(tǒng)的磷酸鹽類阻垢劑，聚乙烯亞胺修飾的碳量子點(diǎn)阻垢劑在環(huán)境中不會產(chǎn)生二次污染，其綠色環(huán)保特性使其成為一種更加可持續(xù)的解決方案，尤其適用于油田水處理等需要注重環(huán)保的領(lǐng)域，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

23、本發(fā)明所制得的碳量子點(diǎn)阻垢劑適用于油田開發(fā)過程中，該碳量子點(diǎn)阻垢劑不僅能有效抑制常見垢物的形成，而且其具有一定的熒光強(qiáng)度，便于實(shí)時監(jiān)測水系統(tǒng)中阻垢劑的濃度。

技術(shù)特征：

1.一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述硫代氨基酸為胱氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述硫代氨基酸和檸檬酸的質(zhì)量比為1:（2~2.4）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述溶液中的去離子水的添加量為硫代氨基酸和檸檬酸總質(zhì)量的15~20倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述高溫碳化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為160~180°c，所述高溫碳化反應(yīng)的反應(yīng)時間為8~10h；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述純化的過程，如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯亞胺溶液中的聚乙烯亞胺和去離子水的質(zhì)量比為1:（15~20）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯亞胺溶液和純化后的碳量子點(diǎn)溶液的質(zhì)量比為1:（2~3）。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法制得的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。

10.如權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑的制備方法制得的油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑在油田開發(fā)過程中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法，如下：將檸檬酸和硫代氨基酸加入到去離子水中，攪拌溶解，形成溶液；對溶液進(jìn)行高溫碳化反應(yīng)，高溫碳化反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，制得初步合成的碳量子點(diǎn)溶液，對初步合成的碳量子點(diǎn)溶液進(jìn)行純化，制得純化后的碳量子點(diǎn)溶液；制得聚乙烯亞胺溶液；將聚乙烯亞胺溶液滴加至純化后的碳量子點(diǎn)溶液中進(jìn)行表面修飾反應(yīng)，表面修飾反應(yīng)結(jié)束后，使用無水乙醇沉淀，再冷凍干燥，制得油田開發(fā)用氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑。該氮硫摻雜碳量子點(diǎn)阻垢劑表面帶有大量的氨基和羧基等官能團(tuán)，具有高效的阻垢性能。且碳量子點(diǎn)本身是一種具有優(yōu)異的熒光特性、低毒性和生物相容性良好的材料，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：王晨,侯妍,李昕,張康,楊曉武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15