CN110583650B - 用于油路管道的杀菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工技术领域，具体涉及用于油路管道的杀菌剂及其制备方法、和在抑制杀灭油田管道中硫酸盐还原菌中的应用。所述杀菌剂由量子点和十二烷基二甲基苄基氯化铵制备而成。所述杀菌剂非常适用于油田管道的杀菌，在一定施药量的基础上，可实现精准附着在菌落处，或吸附细菌，使细菌表面局部达到高浓度的化学杀菌剂，提高了杀菌的经济效果比，以达到防腐蚀的作用；所述油田管道用新型精准杀菌剂的制备方法简单易操作，且可稳定生产所述杀菌剂，适用于工业化大生产。

Description

用于油路管道的杀菌剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种油田管道用新型精准杀菌剂及其制备方法和在抑制杀灭油田管道中硫酸盐还原菌中的应用。

背景技术

油田管道腐蚀是指输送石油及石油产品的管道因化学反应或其他原因发生腐蚀而导致管道的老化，是石油化工行业中经常遇到了问题之一。由于石油及其产品为复杂的混合物，其中含有酸、碱、盐以及其他腐蚀性物质，外加裸露于露天受到日晒雨淋，因此容易发生腐蚀反应。而且腐蚀之后造成的设备损坏极易造成安全隐患并引发事故，每年全世界因各类腐蚀所造成的的损失占总GDP的3％—4％，如何延缓腐蚀，抵御腐蚀已经成为一个工业生产和管道输油行业的重要课题之一。

近年来，我国多数油田已进入高含水开发期，在油田开采过程中细菌的腐蚀危害较为严重，造成了较大的经济损失。其中，对油田管道腐蚀危害最大的要属硫酸盐还原菌。硫酸盐还原菌是革兰氏阴性的厌氧菌，在异化作用下将SO₄ ^2-、SO₃ ^2-还原成H₂S，代谢产生高浓度的H₂S、Fe(OH)₂和FeS，对管道造成严重腐蚀、堵塞等，并引发水质的恶化，油田管道防腐蚀的首要关键在于抑制并杀灭硫酸盐还原菌。目前，能够抑制硫酸还原菌的杀菌剂种类众多，比如，申请号为201910475514.5的中国发明专利申请，其将N-烷基双季铵盐和十二烷基二甲基苄基氯化铵(简称1227)进行复配，能够高效的杀灭硫酸盐还原菌。但诸如上述的化学杀菌剂并不是油田管道这一“特殊场所”的最佳选择。油路管道中需要的用药量大、浓度高，而一般的化学试剂低效、无菌种针对性。目前，并没有一种高效、精准、专用于油路管道的硫酸盐杀菌剂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供油路管道的杀菌剂，其能精准识别硫酸盐还原菌。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

用于油路管道的杀菌剂，所述杀菌剂为有效量的化学杀菌剂溶于邻二氮菲-碳体系的量子点(量子点简称CD)溶液中。本技术方案中，化学杀菌剂可以是现有技术中的任何杀菌剂，目的在于对油路管道细菌的抑制或清除。化学杀菌剂的有效量，是指现有技术中能够抑制或者清除细菌的有效剂量。

进一步，所述的杀菌剂中，所述化学杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。

进一步，所述的杀菌剂中，所述十二烷基二甲基苄基氯化铵的作用浓度不低于12.5mg/L。

进一步，所述量子点由柠檬酸、尿素和邻二氮菲制备而成。

进一步，所述柠檬酸、尿素和邻二氮菲的质量比为0.3:0.2:0.1。

经试验证实，所述杀菌剂的最小抑菌浓度为12.5mg/L(以十二烷基二甲基苄基氯化铵的质量百分浓度计)，所述杀菌剂的最小杀菌浓度为25μg/mL(以十二烷基二甲基苄基氯化铵的质量百分浓度计)。

本发明的目的之二在于提供一种所述杀菌剂的制备方法，所述制备方法简单易操作，且可稳定生产所述杀菌剂，适用于工业大生产。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：

所述制备方法包括以下步骤：

1)量子点的制备：将配方量的柠檬酸、尿素和邻二氮菲溶解在水中，并密封到配有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，然后在180℃下保持4小时，最后自然冷却至室温；

2)杀菌剂制备：称取十二烷基二甲基苄基氯化铵溶于量子点溶液中，即得杀菌剂。

进一步，步骤1)在180℃下保持4小时。

进一步，所述十二烷基二甲基苄基氯化铵溶解于量子点溶液后的终浓度为5-20mg/mL。

本发明的目的之三在于提供一种清除硫酸盐还原菌的方法，且此方法能够特异性的清除。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

1.用杀菌剂清除硫酸盐菌的方法，具体包括以下步骤：

1)识别并结合硫酸盐还原菌

让所述杀菌剂充分接触被硫酸盐还原菌腐蚀的疑似之处，即杀菌剂中量子点与硫酸盐还原菌腐蚀管道后所产生的Fe²⁺和/或Fe³⁺结合，杀菌剂中量子点起到与Fe²⁺和/或Fe³⁺结合的作用，如所述杀菌剂和硫酸盐还原菌聚集，则判定为被硫酸盐还原菌腐蚀；

2)清除硫酸盐还原菌

待有效量的所述杀菌剂精准附着在被硫酸盐还原菌腐蚀之处，然后杀菌剂中十二烷基二甲基苄基氯化铵对硫酸盐还原菌进行杀灭作用，并清洗。

进一步，步骤1)中，所述疑似之处为油田管道。

进一步，步骤1)中，在所述油田管道有多个被腐蚀的其它疑似之处，所述疑似之处附着有氯化钾和/或氯化钠和/或氯化镁和/或氯化铝和/或氯化钙和/或醋酸铅和/或硫酸铜和/或硫酸镍和/或醋酸钴和/或硫酸镉和/或氯化钡和/或硝酸铬和/或硫酸锰和/或碘化汞，所述杀菌剂不与所述其它疑似之处的附着物结合，使杀菌剂达到精准的作用。

本发明的目的之四在于提供一个复合物，该复合物是由杀菌剂与Fe²⁺和/或Fe³⁺聚集而成。

为实现上述方案，本发明的技术方案为：

所述杀菌剂与硫酸盐还原菌形成的复合物。

本发明的目的之五在于提供一种检测铁离子的方法，该方法特异性高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

检测铁离子的方法，将所述的杀菌剂作为荧光探针，与Fe²⁺和/或Fe³⁺充分结合，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断。

进一步，所述方法中，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断时，可比对标准荧光强度-浓度曲线，所述Fe²⁺的标准荧光强度-浓度曲线方程为Y＝0.35622X+1.08606，R²＝0.993，X的取值为0.13μM≤X≤21mM；所述Fe³⁺的标准荧光强度-浓度曲线方程为Y＝10.29529X+1.00487，R²＝0.990，X的取值为67nM≤X≤41μM，杀菌剂能与低剂量的Fe²⁺和/或Fe³⁺充分结合，即在少量硫酸盐还原菌存在时，就能将其识别并杀灭，提高了杀菌效果，防止后续腐蚀的进行。

本发明的有益效果在于：

1)本发明所述用于油路管道的杀菌剂非常适用于油田管道的杀菌，在尽可能减少施药量的同时，可实现精准附着在菌落处，或吸附细菌，使细菌表面局部达到高浓度的化学杀菌剂，提高了杀菌的经济效果比，以达到防腐蚀的作用，即杀菌剂具有既能特异识别细菌又能将其杀灭的双重作用。

2)所述油田管道用新型精准杀菌剂的制备方法简单易操作，且可稳定生产所述杀菌剂，适用于工业化大生产。

附图说明

图1为Fe²⁺连续加入到所述杀菌剂(即量子点+1227溶液)后对其荧光光谱的影响以及荧光强度与Fe²⁺浓度的拟合线性关系图。

图2为Fe³⁺连续加入到量子点+1227溶液后对其荧光光谱的影响以及荧光强度与Fe3+浓度的拟合线性关系图。

图3为添加14种不同的金属离子量子点+1227的荧光发射光谱以及不同金属离子对量子点+1227的荧光响应直方图。

图4为量子点+1227对SRB的抑菌性实验结果。

图5为Fe²⁺和Fe³⁺对量子点+1227溶液UV/vis吸收光谱的影响。

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1量子点溶液的制备

将柠檬酸、尿素以及邻二氮菲溶解在水中，并密封到配有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中。然后在180℃下保持4小时，最后将反应器自然冷却至室温。后续实施例均采用配方2所制备的杀菌剂。

表1量子点溶液的配制

量子点溶液配方编号	柠檬酸(g)	尿素(g)	邻二氮菲(g)	水介质(mL)
					1	0.3	0.2g	0.03	20
2	0.3	0.2g	0.1	20
					3	0.3	0.2g	0.5	20
4	0.3	0.2g	0.8	20
					5	0.3	0.2g	1	20

实施例2模拟油田管道环境监测Fe²⁺和Fe³⁺

溶液状态下所述杀菌剂对Fe²⁺和Fe³⁺的检测，由于硫酸盐还原菌腐蚀管道后会产生铁离子，细菌周围会富集大量的铁离子，因此能够检测到Fe²⁺和Fe³⁺就是说明本发明的杀菌剂能够与Fe²⁺和Fe³⁺结合，也就证明本发明的杀菌剂能够富集在硫酸盐还原菌周围。达到精准扑杀硫酸盐还原菌的作用。

使用制备的量子点+1227溶液(即所述杀菌剂)作为检测的荧光探针，荧光光谱的所有表征都是在荧光光谱仪上完成，激发和发射光谱的狭缝宽度均设置为10nm。用移液枪连续的将不同浓度的Fe²⁺加入到3mL的量子点+1227溶液中，混合均匀，并记录溶液的荧光光谱，直至荧光光谱不再减少。Fe³⁺的检测与Fe²⁺相同。

用实施例1表1中的配方2配制所述杀菌剂，实验测量结果如表2-5或图1-2所示：量子点+1227的荧光强度对Fe²⁺非常敏感，随着Fe²⁺浓度增加荧光降低。最低检测限(LOD)为0.13μM，线性范围为0.13μM至60mM，相关系数R²＝0.993。当Fe³⁺加入到所述杀菌剂时，荧光发射强度也对Fe³⁺敏感，并且随着Fe³⁺浓度的增加而成比例地降低。线性范围为67nM至0.22mM，R²＝0.990，LOD为67nM。这些结果清楚地表明，可以在溶液状态中实现对Fe²⁺和Fe³⁺的高灵敏度检测。

表2 Fe²⁺连续加入到CD+1227溶液后对其荧光光谱的影响

表3荧光强度与Fe²⁺浓度的拟合线性关系

表4 Fe³⁺连续加入到CD+1227溶液后对其荧光光谱的影响

表5荧光强度与Fe³⁺浓度的拟合线性关系

注：“F0/F”表示加入铁离子前后荧光强度的比值，“#”表示三次结果平均值。

实施例3模拟油田管道环境用所述杀菌剂对Fe²⁺和Fe³⁺的选择性试验

依据硫酸盐还原菌腐蚀石油管道的真实环境的各个参数，建立硫酸盐还原菌腐蚀石油管道的参数模型，依据此，设计实验方案。选择性实验主要是研究在油路管道中常常存在的其它金属离子(氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化铝、氯化钙、醋酸铅、硫酸铜、硫酸镍、醋酸钴、硫酸镉、氯化钡、硝酸铬、硫酸锰、碘化汞)与铁离子(Fe2+和Fe3+)共存环境下，其它金属离子是否对检测Fe²⁺和Fe³⁺是否存在干扰。将Fe²⁺和Fe³⁺以及其它金属离子分别加入到相同的量子点+1227中(即实施例1表1中的配方2配制所述杀菌剂)，使最终浓度为166μM，其中Fe³⁺浓度为50μM。然后，测定荧光光谱。

结论：为了证明该传感探针的特异性和选择性，进一步研究了量子点+1227对其它14种金属离子的荧光响应。如图3所示，量子点+1227对Fe²⁺和Fe³⁺的选择性高于其它金属离子。在Fe²⁺、Fe³⁺和其它14种金属离子存在下，我们发现只有Fe²⁺和Fe³⁺可以猝灭量子点+1227的荧光，而其它金属离子对量子点+1227荧光的猝灭没有明显影响。这些结果进一步证明量子点+1227对Fe²⁺、Fe³⁺的高度特异性高于其它金属离子。

实施例4模拟油路管道环境下所述杀菌剂对硫酸盐还原菌(SRB)的抑菌圈实验

根据硫酸盐还原菌腐蚀石油管道模型里硫酸盐还原菌的浓度，设计杀菌实验效果。方法：将滤纸制成直径为5mm的圆片，高温下灭菌20min，取100μL的SRB滴在固体培养基中间，涂抹均匀。然后吸取10μL材料将其涂抹于滤纸上，再将其放置于培养基中。实验另设置空白对照组为无菌水的滤纸片。37℃的恒温培养箱中放置培养，并观察培养情况，观察有无抑菌圈。如若观察到明显抑菌圈则测量其直径(连同滤纸片在内)并记录。

结论：抑菌圈能有效反应材料对受试菌的抑菌程度。从图4中可以看出量子点与1227结合后对1227的抑菌效果没有影响，随着材料浓度的增大抑菌效果也越好。

实施例5最小抑菌浓度(MIC)测定

方法：向离心管中分别加入2.5mL经高压灭菌的液体培养基，再加入量子点+1227，利用二倍稀释法使得材料的最终浓度分别为100μg/mL、50μg/mL、25μg/mL、12.5μg/mL、6.25μg/mL、3.125μg/mL，随后分别向上述试管中滴加100μL受试菌液，作为实验组，同时实验设置空白对照组为不含材料的空白液。随后将离心管37℃中培养，观察细菌生长情况。

结果：MIC即材料能抑制培养液中细菌生长的最低浓度，具体判断标准为液体培养基培养前后吸光度无变化。按上述实验步骤测定材料对受试菌株SRB的MIC实验测定结果如表5所示。当材料浓度为0μg/mL-6.25μg/mL时，溶液中的抗菌剂无法抑制SRB生长，SRB大量繁衍，快速增长。而当材料浓度为12.5μg/mL-100μg/mL时，受试菌液吸光度无变化，表明了此浓度下的抗菌剂足以抑制SRB的生长繁殖，因此量子点+1227对于SRB的MIC为12.5mg/L。

表5量子点+1227对SRB的MIC测定结果

实施例6最小杀菌浓度(MBC)测定

方法：实验选取MIC及以上浓度所对应的试管中的培养液作为测定MBC的实验物，吸取100μL培养物涂布在固体培养基上，37℃恒温培养并观察其长菌情况。

结果：实验测定结果如表6所示，依据MBC判定标准：平板培养基上能杀灭活菌的最低浓度即为材料对受试菌的MBC。最终实验测得量子点+1227的MBC为25μg/mL。

表6量子点+1227对SRB的MBC测定结果

实施例7 Fe²⁺和Fe³⁺对量子点+1227荧光猝灭的原理

将一定浓度的稀释溶液在紫外分光光度计上进行紫外光谱测量，紫外吸收光谱测量范围设置为200-800nm，在水溶液中进行。如图5所示，所述杀菌剂的紫外-可见吸收光谱在Fe²⁺和Fe³⁺加入后吸收峰出现明显的变化。溶液放置一段时间，会有沉淀产生，进一步表明是材料在Fe²⁺和Fe³⁺作用下发生聚集，使得量子点+1227结构发生变化。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.用于油路管道的杀菌剂，其特征在于，所述杀菌剂为有效量的化学杀菌剂溶于邻二氮菲-碳体系的量子点溶液中，所述化学杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵，所述量子点溶液由柠檬酸、尿素和邻二氮菲制备，所述十二烷基二甲基苄基氯化铵的浓度不低于12.5mg/L，所述量子点溶液的制备方法为将配方量的柠檬酸、尿素和邻二氮菲溶解在水中，并密封到配有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，然后在180℃下保持4小时，最后自然冷却至室温。

2.利用权利要求1所述的杀菌剂清除硫酸盐还原菌的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)识别并结合硫酸盐还原菌

让所述杀菌剂充分接触被硫酸盐还原菌腐蚀的疑似之处，即杀菌剂中量子点与硫酸盐还原菌腐蚀管道后所产生的Fe²⁺和/或Fe³⁺结合，杀菌剂中量子点起到与Fe²⁺和/或Fe³⁺结合的作用，如所述杀菌剂和硫酸盐还原菌聚集，则判定为被硫酸盐还原菌腐蚀；

2)清除硫酸盐还原菌

待有效量的所述杀菌剂精准附着在被硫酸盐还原菌腐蚀之处，然后杀菌剂中十二烷基二甲基苄基氯化铵对硫酸盐还原菌进行杀灭作用，并清洗。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述疑似之处为油田管道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)中，在所述油田管道有多个被腐蚀的其它疑似之处，所述疑似之处附着有氯化钾和/或氯化钠和/或氯化镁和/或氯化铝和/或氯化钙和/或醋酸铅和/或硫酸铜和/或硫酸镍和/或醋酸钴和/或硫酸镉和/或氯化钡和/或硝酸铬和/或硫酸锰和/或碘化汞，所述杀菌剂不与所述其它疑似之处的附着物结合。

5.权利要求1所述杀菌剂与硫酸盐还原菌形成的复合物。

6.检测铁离子的方法，其特征在于，将权利要求1所述的杀菌剂作为荧光探针，与Fe²⁺和/或Fe³⁺充分结合，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断时，可比对标准荧光强度-浓度曲线，所述Fe²⁺的标准荧光强度-浓度曲线的方程为Y＝0.35622X+1.08606，R²＝0.993，X的取值为0.13μM≤X≤21mM，所述Fe³⁺的标准荧光强度-浓度曲线的方程为Y＝10.29529X+1.00487，R²＝0.990，X的取值为67nM≤X≤41μM。

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