中国石油大学（华东）孙金声院士团队Prog. Mater. Sci. 综述：纤维素纳米材料在油气行业的研究现状与前景展望

当前，我国油气行业正处于向绿色低碳发展的关键转型时期。2021年，17家石油和化工企业、园区以及石化联合会联合签署并共同发布了《中国石油和化学工业碳达峰与碳中和宣言》，将绿色低碳发展纳入了油气企业的战略规划，将环境保护的理念与保障国家能源安全的石油行动紧密结合。为实现油气行业的绿色低碳高质量发展，环保可再生新材料和绿色技术创新将扮演关键角色。

纤维素是地球上产量最大的天然高分子材料。每年地球上的植物通过光合作用产生的纤维素高达几万亿吨，是取之不尽、用之不竭的材料。通过机械剪切、化学氧化、酶水解、强酸水解等方法，可将天然植物粗纤维分离、拆解成直径小于100纳米的超微细纤维，即纤维素纳米材料。纤维素纳米材料具有高长径比和比表面积、易调控的微观形貌和表面化学特性，以及优异的力学性能、气体阻隔性能、热性能和流变性能等优点，近年来在石油和天然气行业引起了巨大兴趣。

近期，中国石油大学（华东）孙金声院士团队在Progress in Materials Science（影响因子：37.4）发表了题为“Cellulose nanomaterials in oil and gas industry: Current status and future perspectives”的综述文章。该文章详细介绍了纤维素纳米材料的分类、制备方法和性能，系统总结了纤维素纳米材料在油气行业中（上游勘探开发、中游集输储运和下游加工炼制）的最新研究进展，最后对存在的挑战和工业化应用前景进行了展望。

图1. 纤维素纳米材料在油气行业中的应用场景

要点解读：

1.纤维素纳米材料可分为纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤丝、含木质素的纤维素纳米晶体和含木质素的纤维素纳米纤丝，其原料和制备方法对纤维素纳米材料的微观形貌、表面官能团、结晶度、弹性模量、热降解性能和流变性能影响显著。因此，需要优选纤维素纳米材料的原料，调控纤维素纳米材料的制备工艺，以满足油气行业不同应用领域的需求。

2.在勘探开发领域，纤维素纳米材料可作为钻井液、固井液、完井液、压裂液、驱油液等井筒工作液的流型调节剂、降滤失剂、页岩抑制剂、水化促进剂、润湿反转剂等，促进油气资源的绿色安全高效勘探开发。

3.在集输储运领域，纤维素纳米材料可增强油气传输管道和储罐的力学强度和油气阻隔性能，确保油气资源的安全高效运输和存储。

4.在加工炼制领域，可以将纤维素纳米材料作为模板进行疏水及功能化改性，赋予其优异的油水分离、油气脱硫、油气裂解等功能，提升油气资源的纯度和商业化价值。

前景展望：

1.优化制备工艺，降低纤维素纳米材料的制备成本，提升制备过程的环保性。

2.提升纤维素纳米材料的抗温耐盐性能，以满足超深特深层的应用要求。

3.开发纤维素纳米材料可控回收和循环再利用的技术，评价纤维素纳米材料对环境的潜在影响。

4.建议高校与石油相关企业开展密切合作，尽快进行成果转化及推广应用。

本文第一作者为中国石油大学（华东）石油工程学院李美春教授，通讯作者为中国石油大学（华东）石油工程学院孙金声院士。中国石油大学（华东）石油工程学院吕开河教授、戴彩丽教授，南京林业大学刘朝政副教授、梅长彤教授，美国路易斯安娜州立大学Qinglin Wu教授，美国北卡罗来纳州立大学Martin Hubbe教授对该工作进行了指导和帮助。该工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目“超深特深层油气钻采流动调控”、国家级青年人才项目等资助。

孙金声院士团队简介：孙金声院士领衔的井筒工作液研究团队，近年来紧密围绕我国对超深特深油气、非常规油气和水合物等资源的重大需求，在井筒工作液技术、井壁稳定技术、储层保护技术、防漏堵漏技术等方向开展系列研究，承担了国家自然科学基金基础科学中心项目/重大项目/重点项目、国家重点研发计划、中石油及中石化重大攻关项目等项目10余项，获得省部级以上奖励11项，多名教师入选国家级青年人才，为我国超深特深及非常规等油气高效钻采提供了重要支撑。团队每年招收博士、硕士生研究生30-40名，欢迎广大有志青年的加入！

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642523001196?via=ihub

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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