国家基金重点项目申请答辩书PPT文件格式下载.ppt

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高分子电解质材料在工程高分子电解质材料在工程申申请请人：

人：

郑郑强强依依托托单单位：

位：

浙江大学浙江大学合合作作单单位：

南京大学南京大学中科院长春应化所中科院长春应化所应用中的基础问题研究应用中的基础问题研究一、项目背景及课题的提出一、项目背景及课题的提出二、二、项目项目主要研究内容主要研究内容三、三、项目项目的研究方案的研究方案四、四、项目实施的项目实施的可行性可行性五、项目的特色与总体目标五、项目的特色与总体目标一、项目背景及课题的提出一、项目背景及课题的提出2006年度国家基金委工程与材料科学部年度国家基金委工程与材料科学部有机高分子材料学科所列重点项目指南有机高分子材料学科所列重点项目指南通用和特种高分子材料高性能化中的的基础科学问题通用和特种高分子材料高性能化中的的基础科学问题与生命科学相关的高分子材料的基础研究与生命科学相关的高分子材料的基础研究有有机机高高分分子子功功能能材材料料：

具具有有光光、电电、磁磁、吸吸附附与与分分离功能材料的可控制备和应用的基础研究离功能材料的可控制备和应用的基础研究与能源、环境、资源利用相关的高分子材料的基础研究与能源、环境、资源利用相关的高分子材料的基础研究环环境境保保护护是是目目前前世世界界尤尤其其是是我我国国面临的重大问题面临的重大问题项目背景项目背景能源、资源已成为能源、资源已成为当今世界尤其是我国可当今世界尤其是我国可持续发展的重大问题持续发展的重大问题研究背景研究背景国民经济和社会发展的重大需求国民经济和社会发展的重大需求能能源源高效开采高效开采（原油）（原油）驱油剂驱油剂资资源源环环境境絮凝剂絮凝剂高分子电解质（聚电解质）材料高分子电解质（聚电解质）材料污染治理污染治理（污水）（污水）聚聚电电解解质质材材料料的的溶溶液液特特性性与与流流变变行行为为，是其在工程应用中最主要的基础科学问题是其在工程应用中最主要的基础科学问题对对固固态态材材料料而而言言，凝凝聚聚态态结结构构是是决决定定其其品质和最终使用性能的关键品质和最终使用性能的关键对对液液态态材材料料而而言言，溶溶液液结结构构和和流流变变行行为为是是决定其品质和最终使用性能的关键决定其品质和最终使用性能的关键一次（自能量衰减）采油一次（自能量衰减）采油二次（注水）采油二次（注水）采油三次（驱）采油三次（驱）采油意意味味着着三三次次采采油油主主要要采采用用聚聚合合物物驱驱油油剂剂来来实实现现，聚聚电电解解质质是是最最理理想想的聚合物驱油剂的聚合物驱油剂原油采收率原油采收率（%）重大需求背景重大需求背景1三次采油三次采油5-105-1030-4030-4050-7050-70我国油田平均采收率仅我国油田平均采收率仅34.2%34.2%我国有近我国有近100100亿吨亿吨探明石油地质储量无法开采探明石油地质储量无法开采三次采油的关键三次采油的关键聚电解质驱油剂的突破聚电解质驱油剂的突破开展新型高效聚电解质驱油剂的研究，探明并调控其溶液开展新型高效聚电解质驱油剂的研究，探明并调控其溶液性质以及在使用过程中的特殊流变行为，具有重要意义性质以及在使用过程中的特殊流变行为，具有重要意义聚电解质驱油剂分子结构形态调控聚电解质驱油剂分子结构形态调控驱油剂剪切降解与环境降解驱油剂剪切降解与环境降解聚电解质效应与驱油机制的关系聚电解质效应与驱油机制的关系重大需求背景重大需求背景2我国的水资源环境日益恶化我国的水资源环境日益恶化污染状况调查表明，中国污染状况调查表明，中国532532条主要河流中条主要河流中,82%82%受到不同程度的污染；

受到不同程度的污染；

在中国人口密集的地区，湖泊、水库已经在中国人口密集的地区，湖泊、水库已经全部全部受到了污染。

受到了污染。

我国制污投入进一步加大我国制污投入进一步加大20052005年全国废水治理投资年全国废水治理投资133.7133.7亿元亿元，比上年分别增加，比上年分别增加26.6%26.6%。

我国污水排放量不断增大我国污水排放量不断增大20042004年全国废水排放总量年全国废水排放总量482.4482.4亿吨亿吨，比上年增加，比上年增加4.9%4.9%。

20052005年全国废水排放总量年全国废水排放总量524.5524.5亿吨亿吨，比上年增加，比上年增加8.7%8.7%。

污水治理污水治理我国每年废水处理用絮凝剂我国每年废水处理用絮凝剂约约150200万吨万吨，最主要的，最主要的是高分子絮凝剂是高分子絮凝剂.其中，絮凝其中，絮凝效率最高的是效率最高的是聚电解质聚电解质污水处理的关键污水处理的关键聚电解质絮凝剂的突破聚电解质絮凝剂的突破聚电解质絮凝剂分子结构形态调控聚电解质絮凝剂分子结构形态调控聚电解质絮凝剂的缔合凝聚（凝胶化）聚电解质絮凝剂的缔合凝聚（凝胶化）聚电解质絮凝剂的电离、迁移与絮凝效率聚电解质絮凝剂的电离、迁移与絮凝效率开展新型高效聚电解质絮凝剂的研究，探明并调控其溶液开展新型高效聚电解质絮凝剂的研究，探明并调控其溶液性质以及在使用过程中的凝聚行为，具有重要意义性质以及在使用过程中的凝聚行为，具有重要意义聚电解质基础研究现状聚电解质基础研究现状1对聚电解质不能完全离解现象至今仍对聚电解质不能完全离解现象至今仍停留在不完整的定性说明阶段停留在不完整的定性说明阶段对对“聚电解质效应聚电解质效应”本质的解释本质的解释存在严重误导存在严重误导溶液性质溶液性质聚电解质的溶液特性的研究亟待深入聚电解质的溶液特性的研究亟待深入对驱油作用（增粘）与聚电解质溶液性质的关系对驱油作用（增粘）与聚电解质溶液性质的关系还有待阐明还有待阐明对絮凝作用与聚电解质溶液性质（电导、迁移）的关系对絮凝作用与聚电解质溶液性质（电导、迁移）的关系尚不清楚尚不清楚聚电解质基础研究现状聚电解质基础研究现状2Thuressonetal.指出，添加少量表面活性剂使聚电解质溶液体系的指出，添加少量表面活性剂使聚电解质溶液体系的动态粘度有数量级的提高，动态粘度有数量级的提高，但原因不明但原因不明Tsitsilianiset.al考察了考察了Ps-PANa-Ps三嵌段聚电解质溶液的静态三嵌段聚电解质溶液的静态和动态流变学，和动态流变学，对一些现象还不能解释对一些现象还不能解释Tadroset.al发现，电解质溶液可明显改变煤发现，电解质溶液可明显改变煤/水体系流变特性，水体系流变特性，进而改变输送特性和稳定性，进而改变输送特性和稳定性，但尚不系统但尚不系统Cosgroveetal.发现，少量聚电解质发现，少量聚电解质NaPAMPS的加入使胶原粘度的加入使胶原粘度大幅增高并产生明显的触变行为大幅增高并产生明显的触变行为,但机理不明但机理不明Macromolecules2000,33,1199Langmuir1996,12,530Langmuir1995,11Macromolecules2002,35,3662流变特性流变特性聚电解质的流变特性亟需开展聚电解质的流变特性亟需开展申请项目的科学问题申请项目的科学问题聚电解质材料聚电解质材料絮凝剂絮凝剂驱油剂驱油剂驱油效率驱油效率独特的溶液性质独特的溶液性质粒子填充、相分离、悬浮、剪粒子填充、相分离、悬浮、剪切形变切形变复杂的流变行为复杂的流变行为聚电解质效应、电离、聚电解质效应、电离、电导、迁移电导、迁移加注和输送加注和输送絮凝效应絮凝效应凝聚行为凝聚行为二、项目主要研究内容二、项目主要研究内容聚电解质溶液聚电解质溶液电离与电导行为电离与电导行为聚电解质的溶液结构、流变聚电解质的溶液结构、流变特特性与驱油性与驱油/絮凝功效絮凝功效聚电解质溶液的聚电解质溶液的特征流变行为特征流变行为主要研究内容主要研究内容拟解决的关键科学问题拟解决的关键科学问题聚电解质溶液剪切流变行为的模型聚电解质溶液剪切流变行为的模型“聚电解质效应聚电解质效应”的本质的本质聚聚电电解解质质结结构构与与特特殊殊溶溶液液性性质质、流流变变行行为为的的关关系系以以及及在复杂外场下驱油剂与絮凝剂的功效在复杂外场下驱油剂与絮凝剂的功效三、项目的研究方案三、项目的研究方案验验证证“动动态态接接触触浓浓度度”划划分分聚聚电电解解质质溶溶液液浓浓度度区区间间的的普普适适性性、正正确性确性（粘度法、激基荧光光谱、激光光散射）（粘度法、激基荧光光谱、激光光散射）

（一）聚电解质溶液部分

（一）聚电解质溶液部分考察不同浓度划分区域不同类型聚电解质溶液的离解行为考察不同浓度划分区域不同类型聚电解质溶液的离解行为（pH电极电极法、电导法）法、电导法）探探索索聚聚电电解解质质溶溶液液粘粘度度-浓浓度度特特异异关关系系（Langmiur等等温温式式，23种种自制的不同材质毛细管粘度计）自制的不同材质毛细管粘度计）

（二）聚电解质流变部分

（二）聚电解质流变部分均均一一聚聚电电解解质质溶溶液液的的稳稳态态、动动态态剪剪切切流流变变特特性性（AR-G2流流变变仪仪，稳态旋转粘度计和圆筒式动态流变测定）稳态旋转粘度计和圆筒式动态流变测定）聚电解质聚电解质/添加物混合体系的复杂流变行为添加物混合体系的复杂流变行为（AR-G2流变仪，流变仪，稳态旋稳态旋转粘度计和圆筒式动态流变测定、流变转粘度计和圆筒式动态流变测定、流变-光散射溶液性质表征）光散射溶液性质表征）复杂条件下聚电解质溶液剪切流动与凝胶化的测定与模拟复杂条件下聚电解质溶液剪切流动与凝胶化的测定与模拟（自建的流变参数测定装置）（自建的流变参数测定装置）（三）驱油（三）驱油/絮凝功效部分絮凝功效部分模模拟拟絮絮凝凝/驱驱油油条条件件下下模模型型聚聚电电解解质质的的增增粘粘机机制制及及其其与与驱驱油油/絮絮凝效果间构效关系凝效果间构效关系（稳态粘度与动态粘度法）（稳态粘度与动态粘度法）疏水改性聚电解质疏水改性聚电解质不不同同环环境境下下的的疏疏水水缔缔合合凝凝聚聚、增增粘粘模模型型（DLS、SLS、GPC-LS-联用、粘度法）联用、粘度法）模拟模拟驱油驱油/絮凝条件下模型聚电解质的增粘机制及其与驱油絮凝条件下模型聚电解质的增粘机制及其与驱油/絮凝絮凝效果间构效关系效果间构效关系（链段长度、序列结构，电荷种类和强度，（链段长度、序列结构，电荷种类和强度，pHpH值，值，浓度和温度及时间等因素的影响）浓度和温度及时间等因素的影响）嵌段型聚电解质在溶液中的构象及形态嵌段型聚电解质在溶液中的构象及形态（动态光散射跟踪组装和（动态光散射跟踪组装和形态变化过程）形态变化过程）嵌段型聚电解质嵌段型聚电解质四、项目实施的可行性四、项目实施的可行性可行性分析可行性分析已有工作基础已有工作基础聚电解质溶液研究基础聚电解质溶液研究基础复杂流体流变学研究基础复杂流体流变学研究基础溶液研究基础：

溶液研究基础：

（1）高分子溶液浓度区间的初步划分高分子溶液浓度区间的初步划分Km0分子间范德华力分子间范德华力非聚电解质溶液非聚电解质溶液+部分聚电解质溶液部分聚电解质溶液Km=0库伦力库伦力聚电解质溶液聚电解质溶液Km：

有效自缔合常有效自缔合常数数团簇理论：

团簇理论：

sp/C=+6KmCHuggins公式公式：

sp/C=+kH2CKm=kHhh/6KH：

Huggins斜率常数斜率常数极稀溶液极稀溶液稀溶液稀溶液亚浓溶液亚浓溶液浓溶液浓溶液动态接触浓度动态接触浓度交叠浓度交叠浓度静态接触浓度静态接触浓度临界缠结浓度临界缠结浓度0C*CsC+CC*动动态态接接触触浓浓度度概概念念的的提提出出，为为正正确确理理解解聚聚电解质的溶液特性开辟了新的途径电解质的溶液特性开辟了新的途径ChengRS.,Macromol.Symp.,1997,124,27.PanY.,ChengRS,Chin.J.Polym.Sci.,2000,18,57.溶液研究基础：

（2）高分子溶