pva改性反滲透膜制備

A. 聚乙烯醇成膜原理

1. PVA（聚乙烯醇）分子鏈上的羥基使其分子內和分子間形成大量氫鍵，使PVA的熔融溫度（220一240攝氏度）和分解溫度（200一250攝氏度）十分相近，給PVA的熱塑加工帶來困難。對PVA進行改性可使其熔點低於分解溫度，實現PVA的熱塑加工成膜。

2. 熱塑性加工的改性機理：通過加入增塑劑進行改進的。由於增塑劑主要是含有多羥基的小分子物質、醇胺類物質或酞胺類物質。這些物質可以與PVA分子鏈上的羥基形成氫鍵，從而減少PVA相互之間形成氫鍵的概率，降低PVA的熔點，使PVA實現熱塑加工。

3. 對PVA薄膜材料進行改性，可以使得PVA薄膜的用途更為廣泛。雖然PVA是一種可完全降解的高分子聚合物，但其薄膜生物降解周期較長。因此PVA常用作制備親水膜的材料，PVA膜純水滲透里高，其在濕態的穩定性和力學性能不佳。所以改性是最好的解決辦法。

B. 制備超濾膜和微濾膜的方法是一樣的，為什麼製得的膜孔徑卻不同

微濾膜根據成抄膜材料分為無機膜和有機高分子膜，無機膜又分為陶瓷膜和金屬膜，有機高分子膜又分為天然高分子膜和合成高分子膜;根據膜的形式又分為平板膜、管式膜、卷式膜和中空纖維膜;根據制膜原理，高分子膜的制備方法分為溶出法(干-濕法)、拉伸成孔法、相轉化法、熱致相法，浸塗法、輻照法、表面化學改性法、核徑跡法、動力形成法等。無機膜的制備方法主要有溶膠—凝膠法、燒結法、化學沉澱法等。過濾膜根據微孔孔徑的大小分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)四種形式，微濾膜一般指過濾孔徑在0.1-1微米之間的過濾膜。

C. 耐水改性pva塗布膜是什麼材料

一樓？PVA 分解溫度220℃左右，你高溫處理會分解的，耐水改性是指化學改性吧！屏蔽親水基團吧~~

D. 國內外製膜方法很多，制備反滲透膜，納濾膜最適用的是（ ）（ ） 填空，膜法水處理期末

國內外製膜方法很多，制備反滲透膜，納濾膜最適用的是（相轉化法）和（復合法）。

E. 提高PVA成膜降失水劑抗溫性能的研究

劉學鵬^1，2 張明昌¹

（1.中國石化石油工程技術研究院，北京 100101；2.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249）

摘 要 化學交聯聚乙烯醇（PVA）通過在濾餅和過濾介質交界面形成均勻、緻密的交聯PVA固體膜，改變了濾餅滲透率，起著控制失水的主要作用。本文討論了目前廣泛應用的兩類化學交聯聚乙烯醇降失水劑的作用機理和性能，並從分子角度提出對PVA進行進一步改性、提高其耐高溫性能的途徑。

關鍵詞 聚乙烯醇 降失水劑 合成 油井水泥 水泥外加劑

Study on the Way to Improve the Temperature-InsistantSubstantially of the Polyvinyl Alcohol Fluid-Loss Additive

LIU Xuepeng^1，2，ZHANG Mingchang¹

（1.SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101，China；2.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract The main factors in FL rection by chemically crosslinked polyvinyl alcohol（PVA）is the rection in filter cake permeability：a tough，monolithic and compact polymer film is formed on the filter membrane surface under the filter cake.In this paper，the mechanism and properties of two kinds of chemically crosslinked polyvinyl alcohol（PVA）were discussed.The PVA was further modified from the molecular level， and the high temperature resistance property was enhanced could be used next to 150℃as the fluid-loss additive for oil well cement.

Key words polyvinyl alcohol；fluid-loss additive；synthetic；oil cement；cement additive

油井水泥降失水劑是一種能控制水泥漿中液相向滲透性地層濾失，從而保持水泥漿適當水灰比的材料。它是油井水泥外加劑中最重要的一類外加劑，其使用直接關繫到固井施工的成敗和油井壽命、產能等一系列問題。聚乙烯醇（PVA）降失水劑較其他劑型具有價格適中、對緩凝時間和抗壓強度影響小，且有一定的成膜防氣竄作用等優點，有很好的應用前景^［1］。

通常未改性的PVA降失水效率低，加量大，只能用於50℃以下的地層^［1］。目前，在固井施工中廣泛使用的PVA降失水劑絕大多數是化學交聯改性產品，其最高使用溫度也提升到70～120℃之間^［2～5］。這種化學改性PVA在應用過程中能形成具有一定強度的空間網狀結構，束縛自由水的流動，同時還能與界面形成一層緻密的具有防氣竄作用的低滲透膜進一步降低失水^［5］。

隨著石油勘探開發事業向深井、超深井方面發展，更高的井底溫度給固井工程帶來更大的挑戰。如何以化學手段，從分子角度對PVA進行改性，進一步提高其使用溫度，對於固井作業具有重要意義。本文在調研PVA降失水機理的基礎上，探討了有效提高PVA降失水性能的途徑。

1 PVA及其降失水機理

1.1 PVA結構

聚乙烯醇（PVA）是由聚醋酸乙烯水解而得的白色、粉末狀樹脂。圖1是PVA分子的結構片段，其分子包含大量羥基（—OH）結構和少量未水解的羧甲基（—COCH₃）。常見的PVA可按分子量與水解度的不同分為許多種型號，按分子量分為300、500、1200、1700、2200、2400等；據水解度分為99％水解度（完全水解型）、88％水解度、78％水解度，水解度更低的也有，但不常見。國內產品的標示是前兩位分子量，後兩位水解度，如1788、1799等。

圖1 PVA分子結構片段

PVA的化學結構穩定，10％熱分解溫度大於200℃，在高溫鹼性溶液中化學結構十分穩定。抗鈣、鎂離子的能力強，屬於非離子聚合物，對水泥漿凝結時間影響小，且價格適中，適合作為開發耐高溫固井水泥降失水劑原料或組分^［1］。

1.2 PVA降失水機理

降失水劑發揮作用主要通過3個方面：一是增加濾液黏度，增加自由水的運動阻力；二是調整泥餅中的顆粒粒度配比，控制細粒子流失，使濾餅更加緻密，降低滲透率；三是改變水泥顆粒表面的電性質，增加濾餅毛細孔的潤濕性能^［1］。

研究表明，濾液黏度的增加並不是PVA降低失水性能的主要原因。PVA在濾餅與過濾介質的交界處是否能形成緻密的耐溫聚合物膜才是降低濾餅滲透率、減少失水的主要原因^［1，5］。使用未交聯的PVA時，盡管PVA在室溫下就能通過羥基（—OH）在分子內和分子間形成氫鍵，但是這種氫鍵易破裂，機械力學性能比較差^［1］，因此在濾餅與過濾介質的交界處不形成薄膜，降失水能力差。這也是未改性的PVA降失水效率低的原因。如何形成交界處的低滲透薄膜，並使得其能夠耐高溫，成為提高PVA降失水劑性能的關鍵。目前的各種化學交聯方法就是針對這一主要因素進行的。

2 化學交聯改性PVA降失水劑

以化學手段，從分子角度對PVA進行改性，提高其使用溫度的研究，國外始於20世紀80～90年代^［6，7］。國內這方面的研究工作也在近些年有了很大的進展^［1～3］，相關產品也被廣泛應用。其主要途徑分為兩個方面：一是硼酸、鈦酸、鉻酸或相應的無機鹽交聯改性^{［5，6，8～12］}；二是戊二醛交聯改性^{［1～4，7，13，14］}。這兩種改性方法的主要目的均是使其能夠在交界處形成低滲透耐溫薄膜。

2.1 硼酸、鈦酸、鉻酸或相應的無機鹽交聯改性

最早用於生成和強化PVA降失水劑濾餅與過濾介質交界處的低滲透薄膜的方法是用線型PVA與一定比例的硼酸、鈦酸、鉻酸或相應的無機鹽等凝膠劑共混。PVA和硼酸等在水泥漿中接觸發生絡合結構，在鹼性條件下進一步增強這種絡合結構，如圖2所示。美國早在1990年就有這方面的專利報道^［6］，而對於其絡合機理也有研究^［12］。近些年，國內在這方面的研究應用也已經十分成熟^［11］。

圖2 PVA與硼酸的絡合反應

共混交聯PVA通過分子與凝膠劑分子在過濾介質表面相互接觸、粘結形成低滲透性凝膠膜來降低失水，將失水性能大幅度提高。但是這種產品有一定應用局限性，在小於40℃時，難形成均勻絡合物膜，大於95℃時絡合物膜又易分解，不能作為耐高溫降失水劑^［1］。

2.2 戊二醛交聯改性

針對共混交聯形成聚合物膜不穩定的問題，又出現了採用戊二醛化學交聯方法增加聚合物膜強度的方法（圖3）。國外在1994年就有這方面的專利報道^［7］，而對於其交聯機理也有研究^［13］。國內近年也做了相關研究^［1，3］，並有相關應用專利申請^［2］。

戊二醛化學交聯PVA，也是通過在濾餅與過濾介質的交界面處形成聚合物膜來控制失水的。但是這種化學交聯較硼酸等的共混交聯更為穩定，使得富含羥基的化學交聯PVA膠粒更易於在過濾交界處聚集，形成彼此相互粘結的連續整體^［1］，進而促進形成均勻的固體薄膜，研究指出，在濾餅中聚集的化學交聯PVA膠粒同樣可以生成不連續的固體膜。這使得戊二醛化學交聯的PVA的使用溫度能達到120℃。當溫度進一步升高超過120℃時，PVA膠粒和形成的固體薄膜將逐漸溶解，低滲透性凝膠膜逐漸消失，失水量會突然增加。

圖3 PVA與戊二醛的絡合反應

2.3 提高PVA降失水劑抗溫性能的途徑

化學交聯法表明，針對PVA分子結構進行化學改性，能夠提高其作為降失水劑的耐溫性能，並使其最高使用溫度達到120℃。目前，這也是PVA類降失水劑單獨使用時所能適用的最高使用溫度。如前所述，PVA的化學結構穩定，10％熱分解溫度大於200℃，能否進一步提高其使用溫度？

近期，德國慕尼黑工業大學的Plank等^［15］對PVA的降失水機理進行了細致而深入的研究，並給出了提高PVA降失水劑性能的建議。歸納為三點：一，提高PVA分子高溫時在顆粒表面的附著力；二，增加抗溫封堵粒子；三，採用高分子量、水解度的PVA原料。這與國內陳涓等^［1］的早期研究結論一致，其目的就是促進形成均勻的固體薄膜，並增加它的抗溫能力。針對上述研究結果，對PVA進行進一步改性開發，可以得到具有良好降失水性能的PVA抗溫產品。

2.3.1 乙二醛、戊二醛交聯

採用乙二醛、戊二醛混合交聯，優化合成路線，得到抗溫成膜PVA降失水劑。運用前文所述的二醛交聯法，優化物料加量及反應路線，能進一步提升抗溫降失水能力到125℃。超過該溫度，所形成的低滲膜也將逐漸溶解，水泥漿失水會大幅增加。圖4是125℃時形成的濾餅和低滲濾膜。

圖4 濾餅和低滲濾膜（125℃）

2.3.2 無機納米封堵顆粒改性

根據Plank等的研究，本文採用納米二氧化硅（30nm）以環氧氯丙烷將其接枝到PVA分子上^［16］，然後再採用戊二醛交聯，得到另一種抗溫成膜PVA降失水劑，反應路線見圖5。改性後的PVA在130℃以下具有較好的降失水能力，但是稠度較大不利於現場實際應用。圖6是納米二氧化硅改性PVA樣品圖。

圖5 納米二氧化硅（約30nm）接枝改性

圖6 二氧化硅接枝PVA樣品

2.3.3 有機耐溫封堵顆粒改性

通過以上研究可以看出，盡管二醛交聯和引入具有封堵抗溫能力的納米二氧化硅改性PVA都提高了其耐溫性能，但是提升有限。原因是當溫度進一步升高時，PVA分子都會迅速溶解隨游離水一同漏失。如何降低其高溫溶解度、增加其在水泥顆粒表面的附著力，將有利於進一步提升其耐溫性能。採用Plank等的研究結論：以二醛交聯增加聚合物膜的強度，換用有機耐溫聚合物作為高溫封堵粒子，同時引入少量改變PVA分子性能的化學官能團降低其高溫溶解度、增加其在水泥顆粒表面的附著力，綜合提高其耐溫性能。

本方法採用通過引入少量2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉（AMPS）增加分子附著力、少量具有耐溫性能的剛性支撐結構N-乙烯吡咯烷酮（NVP）並加入一種合成的耐溫高分子封堵粒子的方法，得到了150℃下有良好降失水能力的PVA成膜降失水劑，反應路線見圖7。

圖7 PVA化學接枝改性和引入的有機耐溫封堵顆粒產品

2.4 小結

本文在探討PVA降失水機理的基礎上，探討了有效提高PVA降失水性能的途徑，合成出125℃和150℃溫度下具有良好的降失水性能和優異的水泥漿綜合性能的兩個PVA改性降失水劑。為進一步對PVA進行改性，提高其耐高溫性能提供了可參考的有效途徑。

3 結 論

1）化學交聯PVA在濾餅和過濾介質交界面形成均勻、緻密的交聯PVA固體膜，改變了濾餅滲透率，起控制失水的主要作用。

2）由兩種醛混合共同化學交聯PVA組成的固體膜強度高、穩定，能夠提高PVA降失水劑的耐高溫性能。

3）採用大分子量的PVA，引入增加分子附著力的分子，並加入封堵粒子，能夠進一步提高PVA降失水劑的耐高溫性能。

參考文獻

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F. CSM反滲透膜在水處理設備中有什麼作用

CSM反滲透膜應用領域：

食品工業：配方用水、生產用水制備

回飲料工業： 配方用答水、生產用水、洗滌用水制備

制葯行業：工藝用水、制劑用水、洗滌用水、注射用水、無菌水制備

化學工業：生產用水、廢水處理

電力工業：鍋爐補給水、循環冷卻水

電子工業：半導體工業超純水、集成電路清洗用水、配方用水

飲水工程：純凈水制備、飲用水凈化

石油化工：油田注入水、石化廢水深度處理

海水和苦鹹水淡化：海島地區、沿海地區、船舶、海水油田等生產、生活用水

G. 製作純凈水的反滲透膜與超濾膜的區別

反滲透膜和超濾膜主要有以下區別：

而反滲透膜主要用於處內理純凈水容，超濾膜主要用於處理礦泉水。

反滲透RO膜

是一種模擬生物半透膜製成的具有一定特性的人工半透膜。RO是英文Reverse Osmosis
membrane的縮寫，中文意思是逆滲透。一般水的流動方式是由低濃度流向高濃度，水一旦加壓之後，將由高濃度流向低濃度，亦即所謂逆滲透原理:由於德蘭梅爾RO膜的孔徑是頭發絲的一百萬分之五(0.0001微米)，一般肉眼無法看到，細菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人體的礦物離子能夠通過，其它雜質及重金屬均由廢水管排出。

超濾膜

是一種膜分離技術，其膜為多孔性不對稱結構。過濾過程是以膜兩側的壓差為驅
動力，以機械篩分原理為基礎的一種溶液分離過程，使用壓力通常為0.01-0.〇3Mpa，德蘭梅爾超濾膜的微孔孔徑大致在0.005-1 |um之間，截留分子
量為1000-500000道爾頓之間，因此超濾膜分離 過程曾被看作是一種單純的物理分離過程。

H. 反滲透法制備純化水反滲透膜的孔徑是多少

反滲透法制備純化水反滲透膜的孔徑是多少
1反滲透法:只透過溶劑而不透過溶質的膜,一般稱之為理想的半透膜。當把溶劑和溶液(或把兩種不同度的溶液)分別置於此膜的兩側時,純溶劑自然透過半透膜而自發的向溶液

I. 反滲透膜是用什麼材料做的

(1)醋酸纖維素反抄滲透襲膜元件
一般用纖維素經酯化生成三醋酸纖維，再經二次水解成混合一、二、三醋酸纖維。影響膜的脫鹽率與產水量最重要的因素是乙醯含量高則脫鹽率高，但產水量少。
醋酸纖維素膜本質上的弱點是，隨時間的推移，酯基官能團將水解，同時脫鹽率逐漸下降而流量增加，隨著水解作用的加強，膜更易受到微生物侵襲，同時膜本身也將失去它的功能和完整性。
(2)復合反滲透膜元件
復合膜的主要支持結構是經砑光機砑光後的聚酯無紡織物，其表面無鬆散纖維並且堅硬光滑，由於聚酯無紡織物非常不規則並且太疏鬆，不適合作為鹽屏障層的底層，因而將微孔工程塑料聚碸澆注在非紡織物表面上，聚碸層表面的孔控制在大約15nm，屏障層採用高交聯度的芳香聚醯胺，厚度大約在0.2um。高交聯度芳香聚醯胺由苯三醯氯和苯二胺聚合而成。

J. 國外大學研究室利用海水制備氫氣 全新反滲透膜技術杜絕氯氣污染

車家號的網友，大抄家好！今天選車網為您帶來氫燃料電池的最新消息，請點擊關注選車網，第一時間了解最新的汽車資訊。

根據國外媒體的相關消息顯示，賓夕法尼亞大學的研究團隊正在海水電解槽新概念驗證設計中應用凈水技術。他們將採用電流把水分子的中的氫和氧分開。

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