静电诱导堵塞膜稳定多孔介质中流体驱替前缘的机制及应用研究

本研究针对多孔介质中流体驱替过程存在的黏性-毛细竞争导致的不稳定驱替模式和乳化问题，开发了一种阳离子碳量子点(CQDs)体系。通过静电作用与原油中的环烷酸(NAs)自组装形成高强度界面膜，有效抑制了高毛细数(Ca)下的黏性指进(viscous fingering)，并显著提高了高黏度比(M )系统的驱替效率。该技术兼具CO2 /N2 响应特性，为增强采油(EOR)和CO2 封存提供了绿色解决方案。

　　

在能源开采和环境治理领域，多孔介质中的流体驱替效率一直是核心难题。传统表面活性剂虽能降低界面张力，但常引发黏性指进(viscous fingering)和乳化问题，导致采油率低下、污染物扩散失控。更棘手的是，这些化学添加剂形成的稳定乳液给后续分离带来巨大挑战。面对这一困局，中国某研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表突破性成果，通过设计阳离子碳量子点(CQDs)的界面工程，实现了对驱替前缘的精准调控。

研究采用水热法合成纤维素-尿素衍生的CQDs，结合FT-IR、XPS表征其表面基团，通过原子力显微镜(AFM)测定膜机械强度，并利用微流控芯片模拟多孔介质环境。特别关注了CQDs与原油中环烷酸(NAs)的静电相互作用能(-150 kJ/mol)，以及界面膜的CO₂
响应特性。

Synthesis and characterization of CQDs
水热合成的CQDs在3100-3500 cm^-1
出现O-H/N-H_x
特征峰，1637 cm^-1
处为C=O振动峰，证实其富含氨基和羧基。XPS显示N1s峰位于399.8 eV，表明成功构建了阳离子特性。

Conclusions
该CQDs/NAs复合膜展现出三大突破：图灵结构实现15 mN/m超低界面张力；0.32 mN穿刺力的机械强度；CO₂
触发可逆解离。在中等/弱油湿条件下，使高黏度比(M

1)系统的驱替效率提升40%，同时避免传统表面活性剂的乳液问题。

这项研究不仅为多孔介质流体控制提供了新范式，其"原位组装-机械稳定-智能响应"的设计理念更可拓展至药物递送、微流控芯片等领域。特别是CO₂
响应特性完美契合碳中和战略，彰显了纳米材料在能源与环境交叉领域的巨大潜力。