两亲性超支化PAMAM对油-水乳液的低温高效分离

碱-表面活性剂-聚合物多组分驱油体系的构建和推广，对提高石油采收率起到了显著作用。随着石油可采储量的消耗，越来越多的采出流体中所含原油成分较少。这些油水乳液（O/W）会造成严重的问题，例如额外的处理和运输成本、设备和管道利用率低、相关设备结垢和腐蚀等。由天然界面活性物质和残留化学物质相互作用而稳定的乳液的处理具有成本效益。目前，乳液处理可分为两个阶段：用化学脱除剂使乳液失稳、用物理加热加速分离。对于含水率极高的乳状液，常规的热化学乳化不仅增加了原油的开采成本，造成资源浪费，而且还会给油水处理系统带来很大负荷。因此，提高破乳效率和调节破乳温度是降低原油开采成本、降低能耗的最直接有效的途径。

随着原油采出液处理难度不断提升，开发多功能化学添加剂成为研究热点。但开发新型乳化剂需消耗大量人力物力，且鉴于复杂的采油环境，新型乳化剂不适于实际应用。进一步的努力方向是在破乳剂结构设计方面进行技术创新，使其具有科学依据并有益于成本。破乳剂粘度大、溶解性差、界面膜强度高、油水两相密度差小、沉淀时间长、中间乳状液过渡带浑浊等关键问题仍制约着破乳剂温度的调节。

油水分离合成材料是通过靶向调节界面活性和官能团而设计的两亲性化合物，如超支化破乳剂、嵌段聚醚、可生物降解的聚合物表面活性剂和可回收的纳米复合材料。主流破乳剂的有效性受环境温度的影响，这限制了这些材料在低温下的通用性，特别是在界面活性剂含量高的复杂乳液中。因此，设计和制造可在低温下隔离油水乳状液的高性能破乳剂至关重要。此外，任何实用破乳剂的选择和构建标准都应满足工业应用中低成本和环保要求。过去几年的研究表明，基于超支化聚合物的材料具有可定制的结构和相应的独特性能。超支化PAMAM（HPAMAM）由于其独特的球状和树状结构以及丰富的官能团而在高分子领域广泛应用。因其易于改性，有望合成出基于HPAMAM的新的分子以调控其物理化学性质，满足低温破乳的实际需求。

为了提高原油乳状液中实用组分的萃取效率，浙江大学的方文军等人以超支化聚酰胺-胺（HPAMAM）为核，以棕榈酸链为壳，设计并合成了正十六烷醇超支化PAMAM（CHPAMAM），并将其作为两亲性破乳剂，用于低温高效油水分离。在界面高活性的CHPAMAM存在下，稳定的水包油乳液在低温下可完全分为两相，相界面清晰，并伴有极薄的过渡层。在中国油田生产的模拟乳状液和原油中，加入80 ppm CHPAMAM，除油率可达99.9%以上，同时油相含水率小于0.01%，30℃条件下，40分钟内达到破乳平衡。采用激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）对破乳过程进行实时监测。通过界面张力、界面流变性能、液膜稳定性等吸附动力学实验研究了CHPAMAM的破乳机理，并通过耗散粒子动力学模拟进一步进行了验证。研究发现，两亲性大分子CHPAMAM可破坏原有的界面活性物质（沥青质-树脂聚集体），稳定油水混相平衡。经结构优化的两亲性大分子CHPAMAM作为一种特殊添加剂，在提高低温破乳性能方面具有应用前景。

文献来源：Shu Yan, Pengfei Jiang, Xinghong Zhang, Yongsheng Guo* and Wenjun Fang*. J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 14145.