二氧化硅表面改性方法技术

本发明专利技术提供一种二氧化硅表面改性方法，包括：清洁二氧化硅样品表面；将二氧化硅样品在490℃～510℃下持续加热30～35分钟。二氧化硅样品表面羟基化；将二氧化硅样品放入装有0.025％～0.030％的氯化钙或氯化镁溶液的电解池中，利用1.5V/cm～1.7V/cm直流电电激励二氧化硅表面，促使Si‑O‑Si键断键并与水中的H

【技术实现步骤摘要】
二氧化硅表面改性方法
本专利技术涉及无机非金属材料技术，尤其涉及一种二氧化硅表面改性方法。
技术介绍
二氧化硅是砂岩油藏主要矿物，其表面润湿性直接影响孔隙中油水赋存以及运移特征。为了准确研究不同润湿性的作用效果与作用机理，首先需要实现二氧化硅基材表面润湿性的有效调控。普通二氧化硅结构中含有较多的硅羟基基团，使其表面表现出较强的亲水性质，硅羟基基团极易与环境中的水分子相结合，进而导致二氧化硅表面吸附和结合较多的水分子和极性物质。通过对二氧化硅的表面修饰，可改变二氧化硅表面的湿润性，进而提高二氧化硅的疏水性，这个叫做二氧化硅表面的改性。目前，二氧化硅表面改性方法主要包含醇脂改性法、聚合物接枝法和硅烷偶联剂法，其目的都是为了减少二氧化硅表面的硅羟基基团，在表面形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，达到疏水亲油的特异性效果。醇脂改性法和聚合物接枝法都没有对二氧化硅的表面进行预处理，导致二氧化硅表面可供接枝的羟基活性反应位较少，导致接枝官能团数量非常有限，二氧化硅改性效果差。硅烷偶联剂法除了存在二氧化硅表面清洁不彻底，二氧化硅羟基化不足的问题之外，硅烷偶联剂强烈水解，其水解产物发生强烈团聚导致大量硅烷偶联剂失效，供接枝官能团无法和二氧化硅表面羟基基团结合，因此也会造成二氧化硅改性效果差的问题。综上，传统的二氧化硅表面改性技术都存在改性效果差的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种二氧化硅表面改性方法，用以解决传统的二氧化硅表面改性技术存在的改性效果差的问题。经过本专利技术的二氧化硅表面改性方法改性后的二氧化硅，表面水相润湿角大幅增加，疏水性大幅提升。一方面，本专利技术提供一种二氧化硅表面改性方法，包括：将清洗后的二氧化硅样品高温加热到490℃～510℃并持续加热30分钟至35分钟，最大限度的去除二氧化硅样品表面残留的有机污染物和吸附的水分；随后，对所述二氧化硅样品进行电激励羟基化处理；直流电电激励二氧化硅表面，促使Si-O-Si键断键并与水中的H+、OH-相结合，有效增加二氧化硅表面羟基；所述电激励羟基化处理结束后，将二氧化硅样品置于包括偶联剂KH560、苯和甲醇的新型硅烷偶联剂反应液中，依次进行震荡处理和恒温烷基化反应，完成烷基化反应，反应结束后，得到表面改性的二氧化硅样品。本专利技术提供的方法在二氧化硅样品清洁阶段，将二氧化硅样品放置于马弗炉中，并高温加热到490℃～510℃并持续加热30分钟至35分钟，彻底去除样品表面所吸附的水分子和污染物、杂质等。高温清洁处理二氧化硅样品表面后，电激励羟基化处理所述二氧化硅样品，如图1所示，将二氧化硅样品放置于装有电解质溶液的反应容器中，并在二氧化硅样品两侧接入直流电源。电激励羟基化处理中，可以采用无机盐溶液作为电解介质。专利技术人发现，当电激励羟基化处理的电解液质量分数为0.025％～0.030％的氯化镁溶液或质量分数为0.025％～0.030％的氯化钙溶液且在单位长度的二氧化硅样品上的电压范围为1.2V～1.7V时，润湿角具有更为显著的提升。优选的，所述电激励羟基化处理的电压为1.6V/cm，对应电解液为质量分数为0.025％的氯化钙溶液。电激励羟基化处理结束后，配制包括偶联剂KH560、苯和甲醇的新型偶联剂反应液，并震荡处理所述新型偶联剂反应液。将偶联剂KH560、苯和甲醇加入烧杯中，混合后震荡处理3～5分钟，所述震荡处理为超声波震荡处理。在新型偶联剂反应液配制过程中震荡有利于甲醇充分分散于偶联剂中，抑制偶联剂KH560水解和水解产物发生缩合反应，增强反应液的分散稳定性。再将电激励羟基化处理后的二氧化硅样品放置于包括偶联剂KH560、苯和甲醇的新型偶联剂反应液中进依次行震荡处理和恒温烷基化反应，所述震荡处理为超声震荡，超声震荡处理的时间为3～5分钟。在超声震荡过程中，甲醇可以有效抑制偶联剂KH560水解和水解产物发生缩合反应，增强溶液的分散稳定性，促使偶联剂KH560有效和二氧化硅样品表面的羟基进行烷基化反应，从而提高二氧化硅样品表面的疏水性。所述恒温烷基化反应为将二氧化硅样品置于所述新型偶联剂反应液中进行烷基化反应，烷基化反应的温度可以为90℃，烷基化反应的时间可以为6～8小时。本专利技术提供的方法在将二氧化硅样品置于新型偶联剂反应液以前，需要先配制新型偶联剂反应液。在新型偶联剂反应液中，必须包括偶联剂KH560、苯和甲醇，其中，偶联剂KH560用于进行二氧化硅样品表面的烷基化，甲醇则用于抑制偶联剂KH560水解，以及抑制偶联剂KH560的水解产物发生缩合反应，苯作为试剂用于分散偶联剂KH560和甲醇。在选用新型偶联剂反应液的试剂时，选用苯分散偶联剂KH560和甲醇可以有效提高二氧化硅样品表面的疏水性。在选择新型偶联剂反应液的试剂的实验中，选择试剂分别为乙醇、正己烷和苯进行实验，经过大量的实验，确定选择试剂为苯，再经过震荡处理和恒温烷基化反应得到二氧化硅样品后，发现试剂为苯时可以进一步提高去离子水在二氧化硅样品表面的润湿角，二氧化硅样品表面的疏水性更强。其中一项实施例中，所述新型偶联剂反应液中，偶联剂KH560，苯，甲醇的体积之比为1：(9～11)：(0.5～0.7)。优选的，当偶联剂KH560，苯和甲醇的体积之比为1:10:0.6，且对应电激励羟基化处理电压为1.6V/cm，电解液为质量分数为0.025％的氯化钙溶液时，二氧化硅样品羟基化效果更好。其中一项实施例中，所述电激励羟基化处理的时间为1～1.5小时。所述电激励羟基化的时间过短会降低羟基化效果，所述电激励羟基化处理时间为1～1.5小时可以有效增加二氧化硅样品表面可供接枝的硅羟基活性反应位。其中一项实施例中，将清洗后的二氧化硅样品高温加热到500℃并持续加热30分钟后进行所述电激励羟基化处理。将清洗后的二氧化硅样品分别加热至490℃、500℃、510℃、520℃、530℃并持续30min。在真空干燥箱中冷却至常温，进而测量去离子水在二氧化硅样品表面，即石英质载玻片表面的润湿角对应为：38.01°、36.244°、37.481°、39.657°、40.314°。实验可得：500℃时可以达到最小润湿角，表面清洁最为彻底，预处理最为充分。因此，500℃作为最优的加热温度。其中一项实施例中，所述恒温烷基化反应的温度为90℃，时间为6～8小时。需要说明的是，所述恒温烷基化反应的时间为6～8小时，时间过短会导致二氧化硅表面接枝硅烷偶联剂的效率不高。当所述恒温烷基化反应的温度为90℃，反应时间为6～8小时的情况下，偶联剂KH560和二氧化硅样品表面的可供接枝的硅羟基发生烷基化反应，进而提高二氧化硅样品表面的疏水性。其中一项实施例中，所述震荡处理的时间为3～5分钟。可以理解的是，所述震荡处理的时间可以由实验人员根据实际需要选择。3～5分钟的震荡处理时间有利于甲醇充分分散于偶联剂中，可以帮助甲醇有效抑制偶联剂KH560水解和水解产物之间的缩合。其中一项实施例中，使用丙酮和去离子水依次对所述二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化硅表面改性方法，其特征在于，包括：/n将清洗后的二氧化硅样品高温加热到490℃～510℃并持续加热30分钟至35分钟，最大限度的去除二氧化硅样品表面残留的有机污染物和吸附的水分；随后，对所述二氧化硅样品进行电激励羟基化处理；直流电电激励二氧化硅表面，促使Si-O-Si键断键并与水中的H

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅表面改性方法，其特征在于，包括：
将清洗后的二氧化硅样品高温加热到490℃～510℃并持续加热30分钟至35分钟，最大限度的去除二氧化硅样品表面残留的有机污染物和吸附的水分；随后，对所述二氧化硅样品进行电激励羟基化处理；直流电电激励二氧化硅表面，促使Si-O-Si键断键并与水中的H+、OH-相结合，有效增加二氧化硅表面羟基；
所述电激励羟基化处理结束后，将二氧化硅样品置于包括偶联剂KH560、苯和甲醇的新型硅烷偶联剂反应液中，依次进行震荡处理和恒温烷基化反应，反应结束后，得到表面改性的二氧化硅样品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新型偶联剂反应液中，偶联剂KH560、苯、甲醇的体积之比为1：(9～11)：(0.5～0.7)，添加适当的甲醇能够有效抑制KH560的水解，减弱溶液中游离态的偶联剂KH560水解产物之间相互缩合，增强硅烷偶联剂在溶液中的分散稳定性。


3.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月田，何宇廷，柴汝宽，薛亮，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11