一种Ag/Fe3O4纳米复合材料及制备方法

技术领域

本发明属于驱油剂纳米材料技术领域，具体涉及一种Ag/Fe3O4纳米复合材料及制备方法。

背景技术

微生物胞外多糖(EPS)是由微生物细胞产生并分泌到细胞外介质的生物聚合物。常见的EPS有黄原胶，葡聚糖，透明质酸和结冷胶等。EPS在其结构中包含各种官能团，可以在合成纳米粒子(NPs)的过程中用作还原剂和稳定剂。然而值得注意的是EPS的还原能力有限，因此在合成一些不易还原的NPs时，EPS只能作为稳定剂或封端剂。

NPs用于提高原油采收率(EOR)是近几十年来人们关注的焦点，各种现场实验结果也证明纳米流体可以提高采收率。纳米尺寸的小颗粒，大幅降低油水界面张力，使孔隙中的原油易于被驱替出来，具有如下优势：(1)降低油与水之间的界面张力(IFT)；(2)改变储层岩石润湿性；(3)改善注入流体流变性；(4)降低原油粘度和沥青质沉淀和(5)形成纳米乳液等。但是，目前纳米材料在提高原油采收率上的运用也存在一些问题，现有合成纳米材料的技术中需要额外添加分散剂来保持其稳定分散性，导致其运用过程纳米分散液配制困难，且化学分散剂的加入会对环境造成一定的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种枯草芽孢杆菌胞外多糖介导的Ag/Fe3O4纳米复合材料的制备方法，所述制备方法制备得到的Ag/Fe

本发明提供了一种枯草芽孢杆菌胞外多糖介导的Ag/Fe

将亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液与银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液混合进行负载反应，得到的混合溶液中含有所述Ag/Fe

所述枯草芽孢杆菌发酵上清液中胞外多糖的浓度>0.1g/L。

优选的，所述枯草芽孢杆菌发酵上清液的制备方法包括如下步骤：

将枯草芽孢杆菌接种于发酵培养基中进行发酵培养，得到发酵培养液；

将所述发酵培养液进行离心，将得到的离心上清液进行微滤，得到所述枯草芽孢杆菌发酵上清液。

优选的，所述发酵培养基包括如下组分：4.613g/LTris，6.5g/LK

所述无氯微量元素溶液包括如下组分：5.0g/LNa

优选的，所述银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液的制备方法包括：将银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液混合进行还原反应，得到所述银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液；

所述银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的体积比为1：(1～5)；所述银盐溶液的浓度为5～40mM。

优选的，所述还原反应的温度为40～80℃，时间为18～36h，pH值为5～13。

优选的，所述亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液制备方法包括：将亚铁盐溶液与L-精氨酸溶液混合进行氧化反应，得到所述亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液；

所述亚铁盐溶液的浓度为15～30mM；所述L-精氨酸溶液的浓度为15～30mg/mL。

优选的，所述氧化反应的条件为：温度为25～35℃，时间为1～4h，持续进行搅拌。

优选的，所述负载反应的条件为：温度为40～80℃，时间为18～36h，pH值为8～10。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的Ag/Fe

本发明还提供了上述技术方案所述的Ag/Fe

有益效果：

本发明提供了一种枯草芽孢杆菌胞外多糖介导的Ag/Fe

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例1中枯草芽孢杆菌代谢产生的胞外多糖；

图2为实施例1中的胞外多糖的FT-IR图谱；

图3为实施例1中Ag/Fe

图4为实施例1中Ag/Fe

图5为实施例1中Ag/Fe

具体实施方式

本发明提供了一种枯草芽孢杆菌胞外多糖介导的Ag/Fe

将亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液与银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液混合进行负载反应，得到的混合溶液中含有所述Ag/Fe

所述枯草芽孢杆菌发酵上清液中胞外多糖的浓度＞0.1g/L。

本发明优选制备枯草芽孢杆菌发酵上清液，所述枯草芽孢杆菌发酵上清液的制备方法包括如下步骤：

将枯草芽孢杆菌接种于发酵培养基中进行发酵培养，得到发酵培养液；

将所述发酵培养液进行离心，将得到的离心上清液进行微滤，得到所述枯草芽孢杆菌发酵上清液。

本发明优选将枯草芽孢杆菌接种至LB培养基中进行活化培养，得到活化培养液。本发明所述活化培养基的温度优选为30～37℃，更优选为37℃；时间优选为4～8h，更优选为6h；转速优选为150～200rpm，更优选为180rpm。本发明所述枯草芽孢杆菌优选包括具有产胞外多糖能力的枯草芽孢杆菌。

得到所述活化培养液后，本发明优选将所述活化培养液接种到发酵培养基中进行发酵培养，得到发酵培养液。本发明所述活化培养液的接种量优选为所述发酵培养基体积的1～5％。本发明所述发酵培养基以水为溶剂，优选包括如下组分：4.613g/L Tris，6.5g/LK

得到所述发酵培养液后，本发明优选对所述发酵培养液进行离心，将离心得到的上清液进行微滤，得到所述枯草芽孢杆菌发酵上清液。本发明所述离心的转速优选为8000rpm，时间优选为5min。本发明所述微滤的滤膜的孔径优选为0.22～0.45μm，更优选为0.22μm。

得到所述枯草芽孢杆菌发酵上清液后，本发明优选将银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液进行还原反应，得到银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液。本发明所述银盐溶液与所述枯草芽孢杆菌发酵上清液的体积比优选为1：(1～5)，更优选为1:5；所述银盐溶液的浓度优选为5～40mM，更优选为20mM。本发明所述银盐溶液优选包括AgNO

同时，本发明优选将亚铁盐溶液和L-精氨酸溶液混合进行氧化反应，得到亚铁盐和L-精氨酸的反应液。本发明所述亚铁盐溶液的浓度优选为15～30mM，更优选为20mM；所述L-精氨酸溶液的浓度优选为15～30mg/mL，更优选为20mg/mL。本发明所述亚铁盐溶液优选包括FeSO

得到所述枯草芽孢杆菌发酵上清液和亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液和银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液后，本发明将所述亚铁盐和L-精氨酸的氧化反应液与银盐溶液和枯草芽孢杆菌发酵上清液的还原反应液混合进行负载反应，得到的混合溶液。本发明所述负载反应的温度优选为40～80℃，更优选为60℃；所述时间优选为18～36h，更优选为24h；pH值优选为8～10，更优选为9。

得到所述混合溶液后，本发明优选将所述混合溶液进行冷冻干燥，得到Ag/Fe

本发明以枯草芽孢杆菌代谢产生的含有胞外多糖的发酵液为纳米颗粒合成过程中的分散稳定剂合成Ag纳米颗粒，在此基础上，将Ag纳米颗粒负载至Fe

基于上述优势，本发明还提供了上述技术方案所述的Ag/Fe

为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)枯草芽孢杆菌产胞外多糖培养条件，步骤如下：

实验使用枯草芽孢杆菌产胞外多糖(EPS)，枯草芽孢杆菌菌种接种(枯草芽孢杆菌的编号为CGMCC 1.3358，购买于中科院微生物研究所)在Luria-Bertani培养基中在37℃，180rpm条件培养6h后，在-80℃条件下保藏在含有30％甘油的保藏管中。活化时将枯草芽孢杆菌在接种到Luria-Bertani培养基中于37℃，180rpm条件下活化6h，然后转移到发酵培养基中继续培养48h，达到稳定相。Luria-Bertani培养基：以水为溶剂，10g/L蛋白胨、5g/L酵母膏和10g/LNaCl；

发酵培养基：以水为溶剂，4.613g/L Tris，6.5g/L K

无氯微量元素溶液(pH值为7～8)：以水为溶剂，5.0g/LNa

(2)EPS的分离和鉴定：

EPS的分离提纯：发酵结束后，然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，去除菌体得到含多糖的上清液。然后与无水乙醇按照体积比1：3混合均匀，放入4℃冰箱，过夜沉淀，使用丙酮或无水乙醚反复清洗，获得粗多糖沉淀。然后用去离子水溶解粗多糖沉淀，加热搅拌使其溶解，抽滤去除不溶性杂质。然后在粗多糖水溶液中滴加80％(w/v)三氯乙酸，最终浓度为12％(w/v)，放入4℃冰箱，过夜沉淀，在4℃，10000rpm下离心10min除去沉淀蛋白质，重复以上操作三次，以彻底除去蛋白质。将得到的多糖溶液放置于-80℃超低温冰箱冷冻成块，最后在真空冷冻干燥机中冷冻干燥，收集絮状精制EPS，如图1所示。

傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析：用FT-IR对EPS的官能团进行了研究。将纯化的EPS与KBr混合后完全压实制成小球颗粒，在4000-400cm

在3427cm

FT-IR结果表明，EPS具有糖类的一般红外吸收峰，而且具有羧基的特征信号，提示糖醛的存在。

以上结果表明，枯草芽孢杆菌发酵产生的发酵液中含有具有糖醛特征的胞外多糖。

(3)Ag/Fe

将发酵培养48h生长至稳定相的枯草芽孢杆菌用离心法在4℃，8000rpm条件下离心5min从无氯培养基分离，将上清液过0.22μm微孔滤膜，获得的不含细胞的枯草芽孢杆菌上清液放置于4℃的冰箱中用于后续实验。

将20mM FeSO

将枯草芽孢杆菌发酵上清液与20mMAgNO

UV-Vis分析：使用U-T6紫外分光光度计对合成的Ag/Fe

粒径分布及Zeta电位：粒度测试仪器为Bettersize2600激光粒度分布仪(湿法)，以水为介质、循环转数1600r、超声时间3min的条件下对合成的Ag NPs和Ag/Fe

FT-IR分析：将制备好的枯草芽孢杆菌发酵上清液、合成的AgNPs流体置于-80℃超低温冰箱中冷冻成块，随后转移至真空冷冻干燥机中冷冻干燥，取粉末制样，用傅里叶变化红外光谱仪对样品进行分析，扫描波数范围为400-4000cm

XRD分析：将制备好的Ag/Fe

磁性分析：使用MPMS-3仪器在室温下对样品进行磁滞回线测试。

激光粒度仪测得合成的Ag/Fe

Zeta电位值为-14.4mV左右，即合成的Ag NPs表面带负电，合成的Ag/Fe

Ag/Fe

(4)生物纳米流体提高采收率应用：

界面张力测定：用界面张力仪在旋滴法的基础上测量了原油-纳米流体体系的界面张力。润湿性评价实验：采用《油藏岩石润湿性测定》中的判别依据对岩石固体表面的润湿性进行评价。

纳米流体与模拟地层水相比能显著降低油水界面张力。在整个过程中，纳米流体降低油水界面张力值随实验时间的增加逐渐降低，直至降低至一个稳定值不变。Ag/Fe

岩心驱替实验：三个中间容器中分别盛装模拟地层水、模拟原油和纳米流体，中间容器的入口连通一个六通阀，引导不同流体的注入。高精度平流泵用来控制注入流体的流速，将去离子水注入到中间容器，然后通过中间活塞将中间容器中的流体注入到岩心夹持器内，根据需求不同可以控制注入泵的恒速模式与恒压模式。岩心固定在岩心夹持器中，使用手动计量泵加套管环压4MPa。岩心夹持器入口处安装精密压力表用来监控注入压力变化情况，采集器收集采出原油，计算原油采收率。具体步骤如下：

①各部分组装完成，将岩心放入岩心夹持器中，中间容器分别盛有模拟地层水，Ag/Fe

②检查装置的气密性，以0.5mL/min的流量饱和模拟地层水，至出口有连续水流，停止；

③用模拟原油驱替饱和模拟地层水的岩心柱，流量0.5mL/min，至岩心出口端出现连续油滴且含水率≤2％，认为完全饱和油，并计量饱和模拟原油体积，老化至少3天；

④注入模拟地层水表征二次驱油，注入速度为0.5mL/min，直至流出油水混合物中含水率达到97-98％，计量驱出的原油体积，计算二次采油采收率；

⑤注入生物纳米流体进行驱油实验，直至流出物含水率为97-98％，计量驱出的原油体积，计算采收率。

岩心驱替实验证明在60℃条件下，Ag/Fe

微观驱油实验：采用玻璃微模型作为多孔介质，更好、更精确地研究注入纳米流体的流态。二维玻璃微模型一般是通过在玻璃上雕刻多孔介质图案来制作的。通过将储层设定为一个二维模型，直接观察多孔介质中的流体流动，分析驱替前后油水分布变化来考察纳米流体在微孔空间的流动情况与分布规律。微观模型驱油系统通常包括一个微量注射泵、一个玻璃微模型板以及一套图像记录及处理设备。

本次微观驱油实验使用的玻璃微观模型尺寸为5cm×5cm，渗透率为1μm

①为避免原油中大颗粒堵塞模型，先将实验油在10000rpm下离心15min，取上层油用滤纸过滤后收集；

②将玻璃微观模型入口与微量泵用定制的管线连接，出口用管线引流至量筒中，并通过显微镜拍摄驱替过程中的实时图像；

③将玻璃微观模型抽真空后饱和模拟地层水，出口端有连续水流即为饱和完成；

④将模拟原油以0.05mL/min的速度匀速注入，直至出口端不再有水流出可视为原油饱和完成；

⑤首先以0.05mL/min的速度注入模拟地层水进行水驱，驱替至出口端含水率≥98％时停止水驱；

⑥以0.05mL/min的速度注入Ag/Fe

⑦利用显微镜观察并记录水驱与纳米流体驱后模型中油水的分布的情况。

⑧实验结束后，用石油醚和乙醇分别清洗微观玻璃孔隙模型。

微观驱替过程观察到黏附在孔道中的原油在纳米流体的作用下会不断被拉长直至断裂成许多独立的细小油滴或油丝(如图5所示)，图5中结果为采用微流控装置观察获得的同一个部位的不同驱替阶段的展示图；并且在后续阶段也没有吸附在模型上，最后从出口端被采出。这是由于在纳米流体的粘弹性作用会使在驱油过程中使剩余油一直在被不停的“拉拽”，大块相连的剩余油逐渐变细变长，最终断裂被剥离。而且纳米流体还能改变微观模型表面的润湿性，所以后续驱替过程中使得原油不会再次黏附在模型表面，从而达到提高采收率的目的。储层中还存在大量狭窄的孔喉结构，导致驱替液的波及面积被大大限制，残余油聚集在孔喉中导致了较低的采收率。当注入纳米流体的时候，具有较高比表面能的NPs接触到原油并将其吸附，然后将残余油剥离，疏通了原本被堵塞的孔喉因此扩大了驱替液的波及面积，有效提高原油采收率。

由以上实施例可以得出：采用本发明所述制备方法制备得到的Ag/Fe

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。