低温水热炭强化聚丙烯酰胺基预交联颗粒凝胶的高温高盐耐受性研究

为解决石油开采中聚丙烯酰胺(PAM)基凝胶在高温高盐条件下易降解的问题，研究人员利用污水污泥(SS)制备低温水热炭(LTH)作为交联剂，开发出具有优异温度(150°C)和盐度(200 g/L)耐受性的绿色水凝胶。该凝胶的封堵率、突破压力和压力梯度分别达94.96%、2.71 MPa和27.1 MPa/m，为SS资源化利用及石油开采材料创新提供新思路。

　　

在石油开采领域，水驱技术虽能维持油藏压力，却伴随产生大量废水——全球每日产水量达2.1亿桶，远超7500万桶的原油产量。聚丙烯酰胺(PAM)基预交联颗粒凝胶(PPG)作为经济高效的堵水材料，其三维网络结构在80°C以上便会因酰胺基(?CONH₂)水解为羧基(?COOH)而崩塌，高温高盐油藏环境更会加速其性能劣化。传统解决方案依赖聚乙烯亚胺(PEI)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)等昂贵添加剂，严重制约实际应用。

古井集团污水处理厂(安徽亳州)的研究团队另辟蹊径，从白酒生产废水的污泥(SS)中提取富含蛋白质和多糖的低温水热炭(LTH)，通过180-260°C水热碳化(HTC)保留活性官能团(?OH/?NH₂)，成功将其转化为PAM基凝胶的天然交联剂。研究证实，LTH并非简单填料：FTIR检测到1615 cm^?1处酰胺键(C=O)特征峰，表明其表面蛋白质通过破坏α-螺旋结构释放活性基团，与丙烯酰胺(AM)单体发生接枝反应，形成氢键和共价键双重交联网络。电镜显示PAM-LTH存在更多微孔结构，突破压力达2.71 MPa，较传统凝胶提升近3倍。

关键技术包括：(1)SS的80目筛分预处理与低温HTC工艺；(2)FTIR和SEM表征LTH表面官能团及凝胶微观结构；(3)模拟油藏条件(150°C/200 g/L盐度)评估封堵性能。

【LTH性质】
LTH的3430 cm^?1宽峰证实?OH/?NH₂富集，1360 cm^?1处C?H振动峰表明生物大分子保留。热重分析显示PAM-LTH在300°C后失重率比纯PAM低15%，证明热稳定性提升。

【结论】
该研究实现SS资源化与功能材料创新的双重突破：一方面将含水率87.2%的污泥转化为高附加值材料，另一方面开发的凝胶在94.96%封堵率下保持27.1 MPa/m压力梯度，为深层油藏开采提供环保解决方案。内蒙古科技重大专项(2021ZD0022)支持的研究成果发表于《Journal of Water Process Engineering》，为生物质废弃物高值化利用树立新范式。