仿生纳米复合降凝剂EVA-GMX对含蜡原油流变性能的调控机制及低温流动改性研究

为解决含蜡原油低温输送过程中蜡晶析出导致的流动性恶化问题，研究人员受珍珠层"砖-泥"结构启发，开发了EVA-GMX仿生纳米复合降凝剂(PPD)。通过FTIR、XRD、SEM等技术表征材料特性，证实该复合材料能显著降低原油倾点(19°C)和低温粘度(降幅达76.94%)，其独特的纳米层状结构为蜡晶提供异相成核位点，有效抑制三维网络形成。该研究为开发高效降凝剂提供了新思路，发表于《Fuel》期刊。

　　

在石油工业领域，含蜡原油的低温输送一直是重大技术挑战。全球约20%的非常规石油属于含蜡原油，我国大庆、华北等油田80%以上原油蜡含量超过14%。当温度低于蜡析出点时，蜡晶会形成三维凝胶网络，导致管道有效直径减小、流动阻力增大，甚至引发堵塞事故。传统解决方法如加热、稀释等存在能耗高、成本大等问题，而聚合物降凝剂(PPD)因其高效经济成为研究热点。其中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)虽广泛应用，但其降凝效果仍有提升空间。与此同时，新型二维材料MXene因其优异的机械性能和表面特性，为构建高性能复合材料提供了新机遇。

受自然界珍珠层"砖-泥"有序结构的启发，研究人员开发了EVA-GMX仿生纳米复合降凝剂。通过氢氟酸(HF)蚀刻法制备多层MXene(Ti₃C₂T_x)，并用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)进行表面改性获得GMXene，再与EVA通过溶液共混法制备不同比例(5:1,5:2,1:1)的复合材料。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术表征材料特性，通过倾点测试、流变性能测试和偏光显微镜(POM)观察评估降凝效果。

研究结果显示，改性后的GMXene水接触角达153.58°，呈现超疏水特性。SEM证实EVA成功包覆MXene纳米颗粒，形成类似珍珠层的松散有序结构。在最佳添加浓度800 ppm时，EVA-GMX(5:2)使胜利原油倾点降低19°C，15℃下粘度降低76.94%，屈服应力从46.5 Pa降至3.7 Pa。流变测试表明，该复合材料能显著改善原油的低温流动性能。

微观机制研究表明，EVA的非极性链段与蜡分子共结晶，极性基团则干扰蜡晶生长方向。GMXene纳米片作为异相成核位点，促进蜡晶形成更大更致密的聚集体，而非传统三维网络结构。这种"砖-泥"仿生结构通过增加分子间斥力，有效抑制了蜡晶网络的交联密度。

该研究创新性地将仿生理念引入降凝剂设计，证实EVA-GMX(5:2)复合材料在800 ppm浓度时具有最优性能。相比纯EVA，其降凝效果提升显著，这主要归因于GMXene提供的大量成核位点和独特的层状结构。研究为开发新型高效降凝剂提供了理论依据和技术路线，对保障含蜡原油安全输送具有重要意义。未来研究可进一步优化纳米材料比例，探索工业化应用方案，推动石油输送技术的创新发展。