pva改性反渗透膜制备

A. 聚乙烯醇成膜原理

1. PVA（聚乙烯醇）分子链上的羟基使其分子内和分子间形成大量氢键，使PVA的熔融温度（220一240摄氏度）和分解温度（200一250摄氏度）十分相近，给PVA的热塑加工带来困难。对PVA进行改性可使其熔点低于分解温度，实现PVA的热塑加工成膜。

2. 热塑性加工的改性机理：通过加入增塑剂进行改进的。由于增塑剂主要是含有多羟基的小分子物质、醇胺类物质或酞胺类物质。这些物质可以与PVA分子链上的羟基形成氢键，从而减少PVA相互之间形成氢键的概率，降低PVA的熔点，使PVA实现热塑加工。

3. 对PVA薄膜材料进行改性，可以使得PVA薄膜的用途更为广泛。虽然PVA是一种可完全降解的高分子聚合物，但其薄膜生物降解周期较长。因此PVA常用作制备亲水膜的材料，PVA膜纯水渗透里高，其在湿态的稳定性和力学性能不佳。所以改性是最好的解决办法。

B. 制备超滤膜和微滤膜的方法是一样的，为什么制得的膜孔径却不同

微滤膜根据成抄膜材料分为无机膜和有机高分子膜，无机膜又分为陶瓷膜和金属膜，有机高分子膜又分为天然高分子膜和合成高分子膜;根据膜的形式又分为平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维膜;根据制膜原理，高分子膜的制备方法分为溶出法(干-湿法)、拉伸成孔法、相转化法、热致相法，浸涂法、辐照法、表面化学改性法、核径迹法、动力形成法等。无机膜的制备方法主要有溶胶—凝胶法、烧结法、化学沉淀法等。过滤膜根据微孔孔径的大小分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)四种形式，微滤膜一般指过滤孔径在0.1-1微米之间的过滤膜。

C. 耐水改性pva涂布膜是什么材料

一楼？PVA 分解温度220℃左右，你高温处理会分解的，耐水改性是指化学改性吧！屏蔽亲水基团吧~~

D. 国内外制膜方法很多，制备反渗透膜，纳滤膜最适用的是（ ）（ ） 填空，膜法水处理期末

国内外制膜方法很多，制备反渗透膜，纳滤膜最适用的是（相转化法）和（复合法）。

E. 提高PVA成膜降失水剂抗温性能的研究

刘学鹏^1，2 张明昌¹

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

摘 要 化学交联聚乙烯醇（PVA）通过在滤饼和过滤介质交界面形成均匀、致密的交联PVA固体膜，改变了滤饼渗透率，起着控制失水的主要作用。本文讨论了目前广泛应用的两类化学交联聚乙烯醇降失水剂的作用机理和性能，并从分子角度提出对PVA进行进一步改性、提高其耐高温性能的途径。

关键词 聚乙烯醇 降失水剂 合成 油井水泥 水泥外加剂

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

油井水泥降失水剂是一种能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆适当水灰比的材料。它是油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败和油井寿命、产能等一系列问题。聚乙烯醇（PVA）降失水剂较其他剂型具有价格适中、对缓凝时间和抗压强度影响小，且有一定的成膜防气窜作用等优点，有很好的应用前景^［1］。

通常未改性的PVA降失水效率低，加量大，只能用于50℃以下的地层^［1］。目前，在固井施工中广泛使用的PVA降失水剂绝大多数是化学交联改性产品，其最高使用温度也提升到70～120℃之间^［2～5］。这种化学改性PVA在应用过程中能形成具有一定强度的空间网状结构，束缚自由水的流动，同时还能与界面形成一层致密的具有防气窜作用的低渗透膜进一步降低失水^［5］。

随着石油勘探开发事业向深井、超深井方面发展，更高的井底温度给固井工程带来更大的挑战。如何以化学手段，从分子角度对PVA进行改性，进一步提高其使用温度，对于固井作业具有重要意义。本文在调研PVA降失水机理的基础上，探讨了有效提高PVA降失水性能的途径。

1 PVA及其降失水机理

1.1 PVA结构

聚乙烯醇（PVA）是由聚醋酸乙烯水解而得的白色、粉末状树脂。图1是PVA分子的结构片段，其分子包含大量羟基（—OH）结构和少量未水解的羧甲基（—COCH₃）。常见的PVA可按分子量与水解度的不同分为许多种型号，按分子量分为300、500、1200、1700、2200、2400等；据水解度分为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，但不常见。国内产品的标示是前两位分子量，后两位水解度，如1788、1799等。

图1 PVA分子结构片段

PVA的化学结构稳定，10％热分解温度大于200℃，在高温碱性溶液中化学结构十分稳定。抗钙、镁离子的能力强，属于非离子聚合物，对水泥浆凝结时间影响小，且价格适中，适合作为开发耐高温固井水泥降失水剂原料或组分^［1］。

1.2 PVA降失水机理

降失水剂发挥作用主要通过3个方面：一是增加滤液黏度，增加自由水的运动阻力；二是调整泥饼中的颗粒粒度配比，控制细粒子流失，使滤饼更加致密，降低渗透率；三是改变水泥颗粒表面的电性质，增加滤饼毛细孔的润湿性能^［1］。

研究表明，滤液黏度的增加并不是PVA降低失水性能的主要原因。PVA在滤饼与过滤介质的交界处是否能形成致密的耐温聚合物膜才是降低滤饼渗透率、减少失水的主要原因^［1，5］。使用未交联的PVA时，尽管PVA在室温下就能通过羟基（—OH）在分子内和分子间形成氢键，但是这种氢键易破裂，机械力学性能比较差^［1］，因此在滤饼与过滤介质的交界处不形成薄膜，降失水能力差。这也是未改性的PVA降失水效率低的原因。如何形成交界处的低渗透薄膜，并使得其能够耐高温，成为提高PVA降失水剂性能的关键。目前的各种化学交联方法就是针对这一主要因素进行的。

2 化学交联改性PVA降失水剂

以化学手段，从分子角度对PVA进行改性，提高其使用温度的研究，国外始于20世纪80～90年代^［6，7］。国内这方面的研究工作也在近些年有了很大的进展^［1～3］，相关产品也被广泛应用。其主要途径分为两个方面：一是硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐交联改性^{［5，6，8～12］}；二是戊二醛交联改性^{［1～4，7，13，14］}。这两种改性方法的主要目的均是使其能够在交界处形成低渗透耐温薄膜。

2.1 硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐交联改性

最早用于生成和强化PVA降失水剂滤饼与过滤介质交界处的低渗透薄膜的方法是用线型PVA与一定比例的硼酸、钛酸、铬酸或相应的无机盐等凝胶剂共混。PVA和硼酸等在水泥浆中接触发生络合结构，在碱性条件下进一步增强这种络合结构，如图2所示。美国早在1990年就有这方面的专利报道^［6］，而对于其络合机理也有研究^［12］。近些年，国内在这方面的研究应用也已经十分成熟^［11］。

图2 PVA与硼酸的络合反应

共混交联PVA通过分子与凝胶剂分子在过滤介质表面相互接触、粘结形成低渗透性凝胶膜来降低失水，将失水性能大幅度提高。但是这种产品有一定应用局限性，在小于40℃时，难形成均匀络合物膜，大于95℃时络合物膜又易分解，不能作为耐高温降失水剂^［1］。

2.2 戊二醛交联改性

针对共混交联形成聚合物膜不稳定的问题，又出现了采用戊二醛化学交联方法增加聚合物膜强度的方法（图3）。国外在1994年就有这方面的专利报道^［7］，而对于其交联机理也有研究^［13］。国内近年也做了相关研究^［1，3］，并有相关应用专利申请^［2］。

戊二醛化学交联PVA，也是通过在滤饼与过滤介质的交界面处形成聚合物膜来控制失水的。但是这种化学交联较硼酸等的共混交联更为稳定，使得富含羟基的化学交联PVA胶粒更易于在过滤交界处聚集，形成彼此相互粘结的连续整体^［1］，进而促进形成均匀的固体薄膜，研究指出，在滤饼中聚集的化学交联PVA胶粒同样可以生成不连续的固体膜。这使得戊二醛化学交联的PVA的使用温度能达到120℃。当温度进一步升高超过120℃时，PVA胶粒和形成的固体薄膜将逐渐溶解，低渗透性凝胶膜逐渐消失，失水量会突然增加。

图3 PVA与戊二醛的络合反应

2.3 提高PVA降失水剂抗温性能的途径

化学交联法表明，针对PVA分子结构进行化学改性，能够提高其作为降失水剂的耐温性能，并使其最高使用温度达到120℃。目前，这也是PVA类降失水剂单独使用时所能适用的最高使用温度。如前所述，PVA的化学结构稳定，10％热分解温度大于200℃，能否进一步提高其使用温度？

近期，德国慕尼黑工业大学的Plank等^［15］对PVA的降失水机理进行了细致而深入的研究，并给出了提高PVA降失水剂性能的建议。归纳为三点：一，提高PVA分子高温时在颗粒表面的附着力；二，增加抗温封堵粒子；三，采用高分子量、水解度的PVA原料。这与国内陈涓等^［1］的早期研究结论一致，其目的就是促进形成均匀的固体薄膜，并增加它的抗温能力。针对上述研究结果，对PVA进行进一步改性开发，可以得到具有良好降失水性能的PVA抗温产品。

2.3.1 乙二醛、戊二醛交联

采用乙二醛、戊二醛混合交联，优化合成路线，得到抗温成膜PVA降失水剂。运用前文所述的二醛交联法，优化物料加量及反应路线，能进一步提升抗温降失水能力到125℃。超过该温度，所形成的低渗膜也将逐渐溶解，水泥浆失水会大幅增加。图4是125℃时形成的滤饼和低渗滤膜。

图4 滤饼和低渗滤膜（125℃）

2.3.2 无机纳米封堵颗粒改性

根据Plank等的研究，本文采用纳米二氧化硅（30nm）以环氧氯丙烷将其接枝到PVA分子上^［16］，然后再采用戊二醛交联，得到另一种抗温成膜PVA降失水剂，反应路线见图5。改性后的PVA在130℃以下具有较好的降失水能力，但是稠度较大不利于现场实际应用。图6是纳米二氧化硅改性PVA样品图。

图5 纳米二氧化硅（约30nm）接枝改性

图6 二氧化硅接枝PVA样品

2.3.3 有机耐温封堵颗粒改性

通过以上研究可以看出，尽管二醛交联和引入具有封堵抗温能力的纳米二氧化硅改性PVA都提高了其耐温性能，但是提升有限。原因是当温度进一步升高时，PVA分子都会迅速溶解随游离水一同漏失。如何降低其高温溶解度、增加其在水泥颗粒表面的附着力，将有利于进一步提升其耐温性能。采用Plank等的研究结论：以二醛交联增加聚合物膜的强度，换用有机耐温聚合物作为高温封堵粒子，同时引入少量改变PVA分子性能的化学官能团降低其高温溶解度、增加其在水泥颗粒表面的附着力，综合提高其耐温性能。

本方法采用通过引入少量2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠（AMPS）增加分子附着力、少量具有耐温性能的刚性支撑结构N-乙烯吡咯烷酮（NVP）并加入一种合成的耐温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成膜降失水剂，反应路线见图7。

图7 PVA化学接枝改性和引入的有机耐温封堵颗粒产品

2.4 小结

本文在探讨PVA降失水机理的基础上，探讨了有效提高PVA降失水性能的途径，合成出125℃和150℃温度下具有良好的降失水性能和优异的水泥浆综合性能的两个PVA改性降失水剂。为进一步对PVA进行改性，提高其耐高温性能提供了可参考的有效途径。

3 结 论

1）化学交联PVA在滤饼和过滤介质交界面形成均匀、致密的交联PVA固体膜，改变了滤饼渗透率，起控制失水的主要作用。

2）由两种醛混合共同化学交联PVA组成的固体膜强度高、稳定，能够提高PVA降失水剂的耐高温性能。

3）采用大分子量的PVA，引入增加分子附着力的分子，并加入封堵粒子，能够进一步提高PVA降失水剂的耐高温性能。

参考文献

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［16］Karelson G，Pentchuk J.Chemically bonded B - cyclodextrin stationary phase for liquid chromatographic separation of substituted aromatic compounds.Proc.Estonian Acad.Sci.Chem.，2005，54（4）：179～188.

F. CSM反渗透膜在水处理设备中有什么作用

CSM反渗透膜应用领域：

食品工业：配方用水、生产用水制备

回饮料工业： 配方用答水、生产用水、洗涤用水制备

制药行业：工艺用水、制剂用水、洗涤用水、注射用水、无菌水制备

化学工业：生产用水、废水处理

电力工业：锅炉补给水、循环冷却水

电子工业：半导体工业超纯水、集成电路清洗用水、配方用水

饮水工程：纯净水制备、饮用水净化

石油化工：油田注入水、石化废水深度处理

海水和苦咸水淡化：海岛地区、沿海地区、船舶、海水油田等生产、生活用水

G. 制作纯净水的反渗透膜与超滤膜的区别

反渗透膜和超滤膜主要有以下区别：

而反渗透膜主要用于处内理纯净水容，超滤膜主要用于处理矿泉水。

反渗透RO膜

是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。RO是英文Reverse Osmosis
membrane的缩写，中文意思是逆渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度，水一旦加压之后，将由高浓度流向低浓度，亦即所谓逆渗透原理:由于德兰梅尔RO膜的孔径是头发丝的一百万分之五(0.0001微米)，一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的5000倍，因此，只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出。

超滤膜

是一种膜分离技术，其膜为多孔性不对称结构。过滤过程是以膜两侧的压差为驱
动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.01-0.〇3Mpa，德兰梅尔超滤膜的微孔孔径大致在0.005-1 |um之间，截留分子
量为1000-500000道尔顿之间，因此超滤膜分离 过程曾被看作是一种单纯的物理分离过程。

H. 反渗透法制备纯化水反渗透膜的孔径是多少

反渗透法制备纯化水反渗透膜的孔径是多少
1反渗透法:只透过溶剂而不透过溶质的膜,一般称之为理想的半透膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同度的溶液)分别置于此膜的两侧时,纯溶剂自然透过半透膜而自发的向溶液

I. 反渗透膜是用什么材料做的

(1)醋酸纤维素反抄渗透袭膜元件
一般用纤维素经酯化生成三醋酸纤维，再经二次水解成混合一、二、三醋酸纤维。影响膜的脱盐率与产水量最重要的因素是乙酰含量高则脱盐率高，但产水量少。
醋酸纤维素膜本质上的弱点是，随时间的推移，酯基官能团将水解，同时脱盐率逐渐下降而流量增加，随着水解作用的加强，膜更易受到微生物侵袭，同时膜本身也将失去它的功能和完整性。
(2)复合反渗透膜元件
复合膜的主要支持结构是经砑光机砑光后的聚酯无纺织物，其表面无松散纤维并且坚硬光滑，由于聚酯无纺织物非常不规则并且太疏松，不适合作为盐屏障层的底层，因而将微孔工程塑料聚砜浇注在非纺织物表面上，聚砜层表面的孔控制在大约15nm，屏障层采用高交联度的芳香聚酰胺，厚度大约在0.2um。高交联度芳香聚酰胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。

J. 国外大学研究室利用海水制备氢气 全新反渗透膜技术杜绝氯气污染

车家号的网友，大抄家好！今天选车网为您带来氢燃料电池的最新消息，请点击关注选车网，第一时间了解最新的汽车资讯。

根据国外媒体的相关消息显示，宾夕法尼亚大学的研究团队正在海水电解槽新概念验证设计中应用净水技术。他们将采用电流把水分子的中的氢和氧分开。

选车君观点：这项技术一旦成熟，那么就意味着人类可以大规模批量生产氢气，不仅仅可以让氢燃料电池汽车的出行成本下降，甚至能够一劳永逸的解决人类的能源危机。

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