[發明專利]一種樹狀大分子衍生物及其制備與應用

有效

• 申請號: 201910010854.0
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN111410747B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 羅霄;韓午麗;任晗;莊慶佐
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團安全環保技術研究院有限公司
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C07C209/28;C07C211/13;C02F1/56;C02F103/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;任默聞

本發明公開了一種樹狀大分子衍生物及其制備與應用。該樹狀大分子衍生物作為處理廢棄水基鉆井液的絮凝劑，可在較小的加量下實現對廢棄水基鉆井液中有害固相的高效絮凝，且在高礦化度環境中依舊具備良好絮凝效能。該樹狀大分子衍生物通過在溶液中逐次進行加成與縮合反應而得，其制備方法操作簡單，條件溫和，收率較高。本發明的樹狀大分子衍生物的結構式為式1，其中的R單獨的為式2或式3。

技術領域

本發明屬于石油化工領域，具體涉及一種樹狀大分子衍生物及其制備與應用。

背景技術

鉆井過程中產生的廢棄水基鉆井液為含有黏土、加重材料、化學處理劑、污水、油污及鉆屑的多相穩態膠體懸浮體系，其中含有對環境危害較大的烴類、各種聚合物及某些重金屬離子(如汞、砷、鋅及鉛等)，這些組分難以自然分解、降解，若鉆井廢液得不到有效的無害化處理，則會嚴重破壞當地生態環境，并危及生物生命安全。

使用有針對性的絮凝劑，如合適的有機高聚物等，對鉆井廢液中的可沉降組分進行絮凝-沉降，進而實現固相與液相的高效分離，是對廢液進行無害化處理的主要方式。但目前使用的有機高聚物多為由C-C鍵構成分子主鏈的線性大分子，由于C-C鍵固有的內旋轉作用，其分子鏈段較為柔順，導致其在高礦化度的廢液環境中易蜷曲成團，進而被廢液中的聚合物組分所包裹，絮凝劑分子因難以吸附待絮凝的物質而發生“中毒”失效，結果表現出用量大、絮凝效果差等問題。單純加大絮凝劑加量，不僅會增加使用成本，亦會導致廢液顯著增黏，絮凝劑分子的空間擴散受限，亦限制了其絮凝效果。

作為有別于傳統線性大分子的新型分子，樹狀大分子具有高度的空間對稱性與精確的分子結構，且分子表面含有大量可修飾的端基官能團，若以合適的樹狀大分子(其末端基多為胺基、羥基等易于被修飾的基團)作為核心分子，選取具有絮凝效能的單體對其進行端基改性與支鏈增長反應，可制得不同類型的樹狀大分子衍生物。與線性大分子相比，此類衍生物作為絮凝劑時具有如下優勢：(1)分子結構中的各支鏈受空間位阻效應而彼此疏離，不易發生分子鏈間的蜷曲、纏結，具有極強的結構剛性；(2)末端基團密度極大，易于通過加成反應，引入所需的大量官能團，進而在有限的分子尺度內實現極大的官能團密度，保證其絮凝性能；(3)分子量相當的情況下，樹狀大分子衍生物流體力學尺寸與特性黏數均較小，不易使液相過度增黏。

發明內容

基于以上背景技術，本發明提供一種樹狀大分子衍生物及其制備與應用。該樹狀大分子衍生物作為處理廢棄水基鉆井液的絮凝劑，可在較小的加量下實現對廢棄水基鉆井液中有害固相的高效絮凝，且在高礦化度環境中依舊具備良好絮凝效能。該樹狀大分子衍生物通過在溶液中逐次進行加成與縮合反應而得，其制備方法操作簡單，條件溫和，收率較高。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案：

本發明第一個方面提供一種樹狀大分子衍生物，其結構式如下：

其中的R單獨的為：

x為≤24的正整數，24≤[(m+n)*x+i(24-x)]≤5000；等于24時結構中的24個氨基均只加上了一個銨鹽的鏈段。

該樹狀大分子衍生物以樹狀大分子為核，通過使用季銨單體對其端胺基進行改性，得到接有多個由重復季銨單元所形成支鏈的的樹狀大分子衍生物，該衍生物在溶于待處理廢液后，季銨基團會顯示出強烈的正電性，可破壞包裹在有害物質外的水化膜，吸附并使之發生絮凝，從而將有害物沉降除去。

本發明第二個方面提供以上樹狀大分子衍生物的制備方法，包括以下步驟：

S100、季戊四胺與丙烯酸甲酯進行邁克爾加成反應，得到中間產物G0.5PATAM，其結構如下：

S200、中間產物G0.5PATAM與季戊四胺進行酯的氨解反應，得到中間產物G1.0PATAM，其結構是如下：