天然多糖车前子胶基CO2泡沫稳定剂的创新研究：分子机制与高温高盐环境应用

针对传统泡沫稳定剂在高温高盐油藏环境中性能不足及环境持久性问题，四川大学团队创新性地将天然多糖车前子胶（PG）应用于CO2泡沫驱油技术。研究发现PG通过氢键形成聚合物/表面活性剂复合物，显著提升泡沫界面膜弹性，其双螺旋结构增强溶液粘弹性，使排水能垒达45.13 kJ/mol，泡沫半衰期延长8倍。该研究为绿色高效泡沫驱油技术开发提供了新思路，成果发表于《Carbohydrate Polymers》。

　　

随着全球对低碳能源需求的增长，碳捕集利用与封存（CCUS）技术成为石油开采领域的研究热点。其中，CO₂驱油技术既能提高原油采收率又能实现碳封存，但CO₂的粘性指进和重力分离问题严重制约其应用效果。传统泡沫稳定剂如聚丙烯酰胺（KY）和黄原胶（XG）在高温（>110°C）、高盐（10⁵ mg/L）油藏环境中易失效，且存在生物降解性差、成本高等缺陷。如何开发兼具环境友好性与卓越稳定性的新型泡沫材料，成为当前研究的重大挑战。

四川大学的研究团队独辟蹊径，从天然植物资源中寻找解决方案。车前子胶（Psyllium gum, PG）——这种常用于食品医药领域的多糖，因其独特的双螺旋结构和丰富的羟基/羧基侧链引起研究者注意。团队通过多尺度研究方法，首次系统评估了PG在极端油藏条件下对CO₂泡沫的稳定机制，并与KY、XG进行性能对比。

研究采用宏观性能测试（泡沫稳定性、界面流变学）、微观表征（二维核磁共振2D-NMR、拉曼光谱、扫描电镜SEM）与分子动力学（MD）模拟相结合的技术路线。通过构建PG-表面活性剂（OHSB）复合体系，量化分析了泡沫衰减动力学、界面膜强度及溶液粘弹性等关键参数。

Reinforcement of CO₂ foam performance by polymers
实验显示PG使泡沫最大体积（V_max）降低但半衰期（t_1/2）延长8倍，在110°C、10⁵ mg/L盐度下，其排水能垒（45.13 kJ/mol）显著高于KY（32.67 kJ/mol）和XG（38.42 kJ/mol）。界面扩张流变证实PG-OHSB复合膜弹性模量提升2.3倍，有效抑制气泡粗化（ripening rate降至8.61×10³ μm³/min）。

Molecular interactions in stabilization mechanism
2D-NMR揭示PG羧基与OHSB磺酸基的氢键作用（键长2.8?），MD模拟显示该相互作用使界面膜厚度增加42%。拉曼光谱证实PG双螺旋构象在高温下保持稳定，其交织网络结构使溶液储能模量（G'）提升至XG体系的3.2倍。

Conclusion
该研究证实PG通过三重机制实现泡沫稳定：1）氢键网络增强界面膜机械强度；2）双螺旋拓扑结构抑制气体扩散；3）静电屏蔽效应维持高盐环境下的溶液稳定性。相比合成聚合物，PG的生物降解性使其环境风险降低76%，原料成本仅为XG的1/5。

这项发表于《Carbohydrate Polymers》的研究具有双重突破意义：科学层面，首次阐明多糖拓扑结构与泡沫稳定性的构效关系；应用层面，为CCUS技术提供了符合"双碳"战略的绿色解决方案。团队提出的"天然多糖分子设计-界面工程调控"研究框架，为下一代功能性油田化学品的开发开辟了新路径。