TiO2-PAM纳米流体的单步可控合成及其在轻质链烷烃原油中的界面调控与流变特性研究

本文通过溶胶-凝胶法（sol-gel）单步合成TiO2-PAM纳米流体（NFs），系统研究了其稳定性（zeta电位-53至-69 mV）、界面活性（IFT降低）及流变行为（剪切稀化与凝胶特性）。研究发现，定制化纳米颗粒（20-100 nm）在80天储存期内保持高分散性，并显著改善页岩/砂岩润湿性，为提高原油采收率（EOR）和太阳能应用提供了新型功能材料。

　　

Highlight

单步法合成的TiO₂-PAM纳米流体展现出三大突破性优势：

1. 1.

   尺寸可控：通过调节TTIP（钛酸异丙酯）和NH₄OH（氨水）比例，精准制备20-100 nm纳米颗粒（NPs），避免传统两步法的团聚问题；

2. 2.

   超稳分散：初始zeta电位达-69 mV（远超±30 mV稳定阈值），80天后仍保持-37 mV以上，DLS和UV-vis验证其长期稳定性；

3. 3.

   智能界面调控：对页岩/砂岩的接触角测试显示，T2型纳米流体对页岩润湿性最佳，为油藏孔隙（微米-纳米级）的靶向改造提供新方案。

Materials

实验采用钛酸异丙酯（TTIP，纯度28%）为前驱体，聚丙烯酰胺（PAM，分子量1000万Da）作基液，氨水（NH₄OH）为加速剂，乙醇为溶剂。所有试剂均为高纯级（99.99%），确保纳米流体合成无杂质干扰。

Dispersion stability of nanofluids

纳米流体在80天储存期内呈现"白→半透明"的渐变现象（图3），T1-T6型均未出现明显沉淀。电导率测试表明，小粒径（20 nm）纳米流体的电导衰减率仅为大粒径（100 nm）的1/3，印证"尺寸越小越稳定"的规律。

Conclusion

本研究证实单步溶胶-凝胶法可制备兼具高稳定性（80天）与功能性的TiO₂-PAM纳米流体，其独特的剪切稀化行为（粘度随温度升高降幅<15%）和弹性模量（G′>G″）使其在EOR和太阳能集热器领域具有广阔应用前景。