本發(fā)明涉及改性納米二氧化硅粒子領(lǐng)域，具體涉及一種嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，janus粒子在液-液界面上可控的界面活性和獨特的janus在國際上掀起研究熱潮，與常規(guī)的微納固體顆粒和傳統(tǒng)的表面活性劑相比，janus粒子普遍具有親水性和親油性的同時，還表現(xiàn)出更高的表面活性以及更強(qiáng)的界面吸附能力，對于提高采收率而言具有極高的發(fā)展前景。

2、現(xiàn)有的制備janus粒子的工藝流程包括先合成二氧化硅粒子基體，然后對該二氧化硅基體進(jìn)行表面修飾，得到j(luò)anus粒子。溶膠-凝膠(stober)法主要是常用的制備納米粒子的方法，包括將乙烯基三乙氧基硅烷和強(qiáng)堿溶液加入到反應(yīng)容器中進(jìn)行反應(yīng)，得到的反應(yīng)物經(jīng)離心、洗滌和干燥處理，得到納米二氧化硅粒子，然后將該納米二氧化硅和親水改性劑以及疏水改性劑加入到反應(yīng)容器中進(jìn)行混合，得到的混合液進(jìn)行氧化，得到改性二氧化硅粒子。該方法簡單易行，可操作性強(qiáng)，能夠完成對納米粒子的表面修飾，但是得到的納米粒子表面改性屬于隨機(jī)修飾改性，不能嚴(yán)格控制表面修飾分區(qū)以及相應(yīng)的大小，形貌和尺寸調(diào)控難度大，不能控制其調(diào)控界面的能力。

3、微流控技術(shù)是能夠在微尺度內(nèi)精確控制流體的技術(shù)，將預(yù)先使用微流控芯片得到的含有不同物質(zhì)的液滴通過交聯(lián)固化的方式得到微納米結(jié)構(gòu)二氧化硅粒子，相比于傳統(tǒng)的合成微粒技術(shù)，微流控技術(shù)在材料合成方面具有樣品用量少，各相體積可控，持續(xù)自動反應(yīng)，合成條件的準(zhǔn)確控制以及良好的重現(xiàn)性的優(yōu)點。但是，現(xiàn)有的微流控技術(shù)大多應(yīng)用在合成微米級二氧化硅粒子，且目前現(xiàn)有的制備janus納米二氧化硅粒子多采用模板法，限制了其實際應(yīng)用，缺乏利用微流控技術(shù)對納米二氧化硅粒子精確修飾表面改性的技術(shù)。

4、因此，亟需研發(fā)一種能夠嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，使合成的改性納米二氧化硅粒子表面具有特定大小的可修飾面積，以提高納米二氧化硅粒子對界面張力的調(diào)控的能力，為納米科技在油田應(yīng)用開辟新的路徑，對于低滲透油藏的開發(fā)的生產(chǎn)實踐具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的制備janus納米二氧化硅粒子的方法不能精確調(diào)控納米二氧化硅粒子表面修飾面積的問題，提供一種嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法。該方法采用微流控技術(shù)合成納米二氧化硅粒子，并基于微流控技術(shù)對該納米二氧化硅粒子進(jìn)行表面修飾，通過調(diào)控內(nèi)相和外相流速以及內(nèi)相和外相的濃度，實現(xiàn)對納米二氧化硅粒子修飾面積的精確調(diào)控，得到的修飾納米二氧化硅粒子在界面的活性顯著增強(qiáng)，有效降低了對界面張力。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，該方法包括以下步驟：

3、(1)將有機(jī)硅源溶液和催化劑溶液分別泵入微流控合成裝置進(jìn)行混合，得到混合液；

4、(2)將所述混合液進(jìn)行第一反應(yīng)，得到的第一反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離后，得到納米二氧化硅粒子；

5、(3)將所述納米二氧化硅粒子與親水改性劑接觸作為內(nèi)相，將疏水改性劑與油溶劑接觸作為外相，將內(nèi)相和外相分別泵入微流控修飾裝置，得到油包水乳液，內(nèi)相的流速為50-400μl/h，外相的流速為300-5000μl/h；將所述油包水乳液進(jìn)行第二反應(yīng)，得到第二反應(yīng)產(chǎn)物；

6、(4)將所述第二反應(yīng)產(chǎn)物與氧化劑接觸進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到所述修飾納米二氧化硅粒子；

7、其中，所述內(nèi)相的濃度為0.1-5wt％，外相的濃度為0.1-5wt％。

8、優(yōu)選地，所述內(nèi)相的濃度和外相的濃度比值為1：1-2。

9、優(yōu)選地，所述內(nèi)相的流速和外相的流速比值為1：3-4。

10、優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)的條件包括：第二反應(yīng)的溫度為40-80℃，優(yōu)選為50-60℃；第二反應(yīng)的時間為0.5-2.5h，優(yōu)選為1-2h。

11、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

12、(1)本發(fā)明提供的嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，采用微流控技術(shù)合成納米二氧化硅粒子，并采用微流控技術(shù)對該納米二氧化硅粒子表面進(jìn)行修飾，所述方法得到的納米二氧化硅粒子粒徑尺度均一，通過調(diào)控內(nèi)相和外相的流速以及內(nèi)相和外相的濃度控制納米二氧化硅粒子的修飾面積，實現(xiàn)對納米二氧化硅粒子表面修飾面積的精確調(diào)控，該方法操作簡便、裝置簡單、合成速度快，得到的修飾二氧化硅粒子在界面的活性顯著增強(qiáng)，有效降低了界面張力。

13、(2)本發(fā)明提供的嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，以親水改性劑為內(nèi)相中的水相，調(diào)節(jié)納米二氧化硅表面的修飾部分，以油溶劑為外相中的油相，以疏水改性劑作為納米二氧化硅粒子表面的疏水部分，經(jīng)微流控修飾裝置得到油包水乳液，實現(xiàn)對用于納米粒子表面修飾制劑的篩選，嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小。

14、(3)本發(fā)明提供的嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，采用通道結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計的微流控修飾裝置控制內(nèi)相和外相形成油包水乳液，將特定濃度的內(nèi)相以特定流速注入微流控修飾裝置的“內(nèi)芯”，將特定濃度的外相以特定流速注入微流控修飾裝置的“外環(huán)”，使油相在水相的外環(huán)通道流動，然后再交匯于微流控修飾裝置中“內(nèi)芯”的聚焦出口，形成油包水乳液，再對該油包水乳液進(jìn)行氧化，實現(xiàn)對納米二氧化硅粒子修飾面積的精確調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.一種調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述內(nèi)相的濃度為0.5-3wt％，外相的濃度為0.5-3wt％；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第二反應(yīng)的條件包括：第二反應(yīng)的溫度為40-80℃，優(yōu)選為50-60℃；第二反應(yīng)的時間為0.5-2.5h，優(yōu)選為1-2h；

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，所述第一反應(yīng)的條件包括：第一反應(yīng)初始溫度為20-50℃，優(yōu)選為25-35℃；第一反應(yīng)時間為0.5-4h，優(yōu)選為1-2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，所述分離的方法為離心分離；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，所述泵入有機(jī)硅源溶液流速為4000-10000μl/h，優(yōu)選為5000-8000μl/h；所述泵入催化劑溶液流速為4000-10000μl/h，優(yōu)選為5000-8000μl/h；

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，所述有機(jī)硅源溶液的體積溶度為3-8％，優(yōu)選為4-6％；

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述的方法，其中，所述親水改性劑選自椰油?；谆灏?、十二烷基二甲基氧化胺、聚丙烯酰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙醇胺和二乙醇胺、3-巰基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-氯丙基三乙氧基硅烷中的至少已一種，優(yōu)選為3-巰基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和3-氯丙基三乙氧基硅烷，更優(yōu)選為3-巰基丙基三乙氧基硅烷；

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，所述氧化反應(yīng)的條件包括：氧化反應(yīng)溫度為50-80℃，優(yōu)選為55-65℃；氧化反應(yīng)時間為2-6h，優(yōu)選為3-5h；

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項所述的方法，其中，所述有機(jī)硅源和氧化劑的體積比為1：5-20，優(yōu)選為1：10-15；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及改性納米二氧化硅粒子領(lǐng)域，公開了一種嚴(yán)格調(diào)控修飾納米二氧化硅粒子表面分區(qū)大小的方法。該方法包括：將有機(jī)硅源溶液和催化劑溶液泵入微流控合成裝置，得到的混合液經(jīng)反應(yīng)后進(jìn)行分離，得到納米二氧化硅粒子；將該粒子與親水改性劑接觸作為內(nèi)相，將疏水改性劑與油溶劑接觸作為外相，將內(nèi)相和外相分別泵入微流控修飾裝置得到油包水乳液，內(nèi)相和外相流速分別為50?400μL/h和300?5000μL/h，內(nèi)相和外相質(zhì)量濃度分別為0.1?5％和0.1?5％；該油包水乳液反應(yīng)后得到的產(chǎn)物進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到修飾納米二氧化硅粒子。本發(fā)明通過調(diào)控內(nèi)相和外相流速和濃度，實現(xiàn)對納米二氧化硅粒子修飾面積的精確調(diào)控。

技術(shù)研發(fā)人員：張麗媛,王崢,劉爽,張路
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油大學(xué)（華東）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6