近日，西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院霍錦華老師指導(dǎo)碩士研究生余柏松、章行、張芮芝、霍夢丹等人參加陜西省第六屆研究生創(chuàng)新成果，喜獲省部級(jí)三等獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)項(xiàng)目為“相變微膠囊型熱控材料的設(shè)計(jì)合成與機(jī)理研究”，授獎(jiǎng)單位為陜西省教育廳、陜西省學(xué)位委員會(huì)，完成單位為西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院。
相變微膠囊型熱控材料是通過原位聚合等方法設(shè)計(jì)和制備，用于潛熱儲(chǔ)能（LTES）系統(tǒng)的蓄熱和溫度調(diào)節(jié)，解決了能源在空間和時(shí)間上的不匹配問題。我國能源安全矛盾集中體現(xiàn)在油氣安全上，2022年我國原油和天然氣對(duì)外依存度分別為71.2和40.2%。我國南海海域油氣儲(chǔ)量占全國油氣資源的1/3，為保障國家能源安全，油氣勘探開發(fā)進(jìn)軍深水勢在必行。固井作業(yè)是保障油氣產(chǎn)能釋放的關(guān)鍵，然而，深水淺部地層伴有水合物的地質(zhì)特性對(duì)固井技術(shù)提出了更高要求。鑒于此，相變微膠囊型熱控材料已逐漸應(yīng)用于深水水合物層固井水泥漿釋熱速率控制，然而，較低的相變焓值、熱導(dǎo)效率、機(jī)械強(qiáng)度及親水性能等極大的限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用，但其可逆控溫的性能優(yōu)勢仍舊不失為解決水泥漿熱-力性能協(xié)同發(fā)育一種良好策略。
本成果在響應(yīng)曲面法的基礎(chǔ)上通過原位聚合合成相變微膠囊型熱控材料，這種方法可以系統(tǒng)地研究不同反應(yīng)條件之間的相互作用，同時(shí)優(yōu)化相變微膠囊型熱控材料的性能，并且研究了相變微膠囊型熱控材料的作用機(jī)理，旨在推廣其作為深水水合物層固井水泥漿用熱控材料的深度應(yīng)用，改善水泥漿水化熱特性，提升水合物層固井質(zhì)量，保障深水油氣安全、高效勘探開發(fā)；設(shè)計(jì)合成了一種新型相變微膠囊型熱控材料并且研究了相變微膠囊型熱控材料Micro-P的化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性能、粒徑和微觀形貌。結(jié)果表明，Micro-P的儲(chǔ)能和溫度調(diào)節(jié)明顯改善，Micro-P的潛熱提高到103.2J/g，封裝效率從67.10提高到80.15%，增幅為19.45%。同時(shí)，Micro-P具有出色的熱穩(wěn)定性和熱可靠性，在低于200°C的條件下熱重量損失小于1.0%。
本成果的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用響應(yīng)曲面法在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的顯著優(yōu)勢，基于響應(yīng)面法（RSM）制備了相變微膠囊型熱控材料Micro-P，系統(tǒng)研究了不同條件之間的相互作用，利用相變微膠囊型控溫材料成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥漿體系水化放熱和水化溫升的有效控制。
