CN112940679A - 一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂及其应用 - Google Patents

一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂及其应用。一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，基于乳液聚合反应，在无氧操作条件下，以苯乙烯为单体，去离子水为溶剂，过氧化物为引发剂，Gemini表面活性剂为乳化剂，将纳米Fe3O4和乳化剂固载在聚苯乙烯表面，形成所述的气体水合物促进剂。本发明提出的气体水合物促进剂中Gemini表面活性剂和纳米Fe3O4包裹在聚苯乙烯球表面，既可提高传热传质速率，又不会因为聚合物表面固载的Fe3O4占据原本属于单链表面活性剂SDS的位置而降低储气能力。

Description

一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂 及其应用
技术领域
本发明涉及天然气水合物生成及应用技术领域，尤其涉及一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂及其应用。
背景技术
水合物是客体分子与水在一定的压力和温度条件下形成的一种非化学计量笼型化合物。理论上，1m3的天然气水合物可储存120～170m3标准状态天然气。由于储气密度高和稳定性良好，水合物技术在气体储运、CO2捕集、气体分离、海水淡化及蓄冷等领域具有潜在应用前景。但由于面临生成条件高、水合速率慢、诱导期较长、储气密度低等技术难题，大大制约水合物技术的大规模工业化应用。
为提高水合物生成速率和储气量，通常采用机械搅拌、鼓泡和喷雾法，通过增大气液接触面积实现物理强化，但存在耗能高、投资费用大、运行过程易堵塞孔板和喷嘴等问题。通过大量实验，国内外学者发现添加诸如四氢呋喃(THF)、环戊烷(CP)或季铵盐[四丁基溴化铵(TBAB)和四丁基氯化铵(TBAC)]等热力学促进剂，可显著缓和水合生成压力，但由于热力学促进剂可作为第二客体参与水合反应，反而会降低水合物的储气量。动力学促进剂，则是通过改变气液界面张力，增强传热传质，促进水合物成核与生长速率，同时提高储气能力，主要以十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)等表面活性剂为主。但单一传统的化学促进剂的促进效果非常有限，因此研究人员提出复配型化学促进剂。
专利“一种气体水合物促进剂及其在盐水淡化和二氧化碳捕捉中的应用”(ZL201710296213.7)提出一种由THF或环己烷等热力学稳定剂和氨基酸组成的复合水合物促进剂。专利“一种复合型气体水合物促进剂及其制备方法”(ZL201310255793.7)发现一种含表面活性基团的哌啶离子液体与烷基多糖苷(APG)复配而成的促进剂能有效促进CO2水合物的生成。专利“一种水合物法联合化学吸收法的CO2气体分离装置及方法”(ZL201611052184.1)公开一种利用TBAB和CP双促进剂提高水合物形成速率的工艺。基于纳米流体的高导热性和较大表面积，文献“周诗岽，于雪薇，李青岭，李乐.纳米石墨颗粒与SDS复配对水合物生成特性的影响[J].天然气化工(C1化学与化工),2017,42(2)，50-53+118.”研究发现将石墨纳米颗粒分散在表面活性SDS中，可强化CO2水合物的生成，但由于高疏水性，纳米颗粒在水相容易出现团簇聚集、沉积现象。总体来说，现有的促进剂对水合物生成的促进效率尚无法满足工业应用要求，且化学试剂的回收和二次利用等问题尚需解决。
发明内容
本发明提供了一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂及其应用，该气体水合物促进剂既可以改善传质传热效率，提高水合物生成速率，也能增加气体水合物生成量。
本发明的目的是提出了一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，基于乳液聚合反应，在无氧操作条件下，以苯乙烯为单体，去离子水为溶剂，过氧化物为引发剂，Gemini表面活性剂为乳化剂，将纳米Fe3O4和乳化剂固载在聚苯乙烯表面，形成所述的气体水合物促进剂。
本发明提出的气体水合物促进剂中Gemini表面活性剂和纳米Fe3O4包裹在聚苯乙烯球表面，既可提高传热传质速率，又不会因为聚合物表面固载的Fe3O4占据原本属于单链表面活性剂SDS的位置而降低储气能力。
优选地，所述的单体与引发剂的质量比为50：1～200：1，单体与乳化剂的质量比为5：1～20：1，纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1～0.3：1，单体占水溶液总质量的百分比为5％～20％，所述的水溶液总质量是单体质量与去离子水质量的总和。
优选地，所述的Gemini表面活性剂为Gemini型阴离子表面活性剂，所述的Gemini型阴离子表面活性剂为双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)或双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠，双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠的结构式如式I所示，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的结构式如式II或式III所示，其中式II为双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠(C12-MADS)和式III为双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的异构体(Dowfax2A1)，
Figure BDA0002930104100000031
Gemini型阴离子表面活性剂是含有两个阴离子极性头和两个疏水性尾的特殊SAA，其CMC，C20值以及降低表面张力的能力大大优于传统的a-SAA，而且具有极好的钙皂分散力。
本发明的第二个目的是提供了基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按一定质量比例加入乳化剂Gemini型阴离子表面活性剂、去离子水和纳米Fe3O4加入反应容器中，在300rpm的搅拌速率下搅拌均匀，预乳化30～60min，得到预乳化液；
(2)在无氧操作环境下，向预乳化液中依次加入单体苯乙烯和引发剂过氧化物，升温至60～80℃反应3～5h后，最后将反应后的粗产物冷却至室温，得到所述的气体水合物促进剂。采用JEM-1200EX透射电子显微镜(TEM)对产物的形貌测定，利用激光粒度分析仪测量产物的粒径分布。
优选地，所述的纳米Fe3O4颗粒的纯度(质量分数)为97％，粒径分布在20～100nm之间。
优选地，所述的单体与引发剂的质量比为50：1～200：1，单体与乳化剂的质量比为5：1～20：1，纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1～0.3：1，单体占水溶液总质量的百分比为5％～20％，所述的水溶液总质量是单体与去离子水质量的总和。
优选地，所述的过氧化物是过硫酸铵。
优选地，所述的Gemini表面活性剂为Gemini型阴离子表面活性剂，所述的Gemini型阴离子表面活性剂为双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)或双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠，双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠的结构式如式I所示，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的结构式如式II或式III所示，其中式II为双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠(C12-MADS)和式III为双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的异构体(Dowfax2A1)，
Figure BDA0002930104100000051
本发明的第三个目的是保护上述基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的应用，气体水合物促进剂使用时，配制气体水合物促进剂水溶液，其应用温度范围为0～10℃，压力范围0～20MPa，气体水合物促进剂水溶液以1L气体水合物促进剂水溶液中含有0.5～2.0mmol的Gemini表面活性剂来配制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)纳米Fe3O4具有良好导热性，有助于反应体系的热量传递，缩短反应时间，提高反应速率；
(2)相比传统单链阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠SDS)，Gemini表面活性剂具有双倍的亲疏水基团，具有更低的临界胶束浓度和更强降低表面张力的能力，表现出更优异的表面活性；而且具有很低的Kraff点，耐温稳定性强，生物安全性较高；
(3)Gemini表面活性剂和纳米Fe3O4包裹在聚苯乙烯球表面，既可提高传热传质速率，又不会因为聚合物表面固载的Fe3O4占据原本属于单链表面活性剂SDS的位置而降低储气能力。
附图说明
图1是本发明气体水合物促进剂的表面活性和纳米颗粒包裹的聚苯乙烯微球结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
如图1所示，本发明提供了一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，基于乳液聚合反应，在无氧操作条件下，以苯乙烯为单体，去离子水为介质，过硫酸铵为引发剂，Gemini表面活性剂为乳化剂，将纳米Fe3O4和乳化剂固载在聚苯乙烯表面，形成气体水合物促进剂。
所述一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，具体由如下步骤制备得到：首先在250mL三口烧瓶中，按一定质量比例加入乳化剂、去离子水和纳米Fe3O4，在300rpm速率下搅拌均匀，预乳化30～60min，利用超声分散，然后在无氧操作环境下，依次加入单体苯乙烯和引发剂过氧化物，升温至60℃～80℃反应3～5h后，最后将反应后的粗产物冷却至室温。采用JEM-1200EX透射电子显微镜(TEM)对产物的形貌测定，利用激光粒度分析仪测量产物的粒径分布。
在本发明中，苯乙烯为反应单体，优选为精制单体苯乙烯，精制单体苯乙烯的纯度优选大于99％。本发明对苯乙烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，乳化剂优选为Gemini型阴离子表面活性剂，Gemini型阴离子表面活性剂优选为双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)或双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠包括C12-MADS和Dowfax 2A1，更优选为Dowfax2A1。本发明对乳化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述Gemini型阴离子表面活性剂即可，本发明采用上述Gemini型阴离子表面活性剂为乳化体系。单体苯乙烯与乳化剂的质量比为5：1～20：1，优选的实施例中单体苯乙烯与乳化剂的质量比为10：1。
在本发明中，引发剂优选为过氧化物，过氧化物优选为过硫酸铵(APS)，本发明对过硫酸铵的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的过硫酸铵的市售商品即可。本发明采用过硫酸铵为引发体系，单体苯乙烯与引发剂的质量比为50：1～200：1，优选的实施例中单体苯乙烯与引发剂的质量比为100：1。
在本发明中，纳米Fe3O4颗粒的纯度(质量分数)为97％，粒径分布在20～100nm之间。本发明采用Gemini表面活性剂和纳米Fe3O4包裹在聚苯乙烯球表面，纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1～0.3：1，优选的实施例中纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1。
在本发明中，使用的水为去离子水，以水溶液总质量是单体与去离子水质量的总和为基准，单体苯乙烯占水溶液总质量的百分比为5％～20％，优选的实施例中单体苯乙烯占水溶液总质量的百分比为5％～10％。
本发明通过通入惰性气体排出空气，实施例中优选通入氮气排出空气，在氮气保护下进行乳液聚合反应，具体反应条件为60～80℃反应3～5h，优选的实施例中反应温度为70℃，反应时间为5h，本发明对反应的压力没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的常压即可。
本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和，原来成本低，具有广阔的应用前景。相比传统单链阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠SDS)，本发明使用的Gemini表面活性剂具有双倍的亲疏水基团，具有更低的临界胶束浓度和更强降低表面张力的能力，表现出更优异的表面活性；而且具有很低的Kraff点，耐温稳定性强，生物安全性较高。
下述实施例中所述实验方法，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行；所述试剂和材料，无特殊说明，均可从商业途径获得。
检测和测定本方法制备产品促进效果的方法如下：
检测设备为可视化高压搅拌实验装置，主要组成部分包括双视镜高压反应釜、磁力搅拌器、缓冲罐、低温恒温槽、手动增压泵、温度压力传感器、真空泵、气瓶和数据采集仪等。所述高压反应釜最高工作压力30MPa，工作温度范围-30℃～100℃。所述高压反应釜釜内压力可通过手动活塞式增压阀自由调节，泵的最大压力为30MPa。低温恒温槽可为高压反应釜夹套提供-30℃～100℃的冷媒循环液。数据采集系统实时采集反应釜内压力和温度。水合物的形成可通过反应时的温度或压力变化进行判断或者可视化视窗直接观察。反应开始后，釜内压力突然下降点即为水合物生成的起点。水合物诱导时间为从稳定的初始压力温度条件下打开搅拌开始，到压力开始剧烈下降所经历的时间。根据水合物诱导时间检测促进剂的作用效果，时间越短，促进效果越好。
具体检测过程：
反应实验温度设为6℃，实验压力为8.0MPa，实验气体为甲烷。8.0MPa下甲烷水合物生成的平衡温度为11.4℃。实验运行前，先用去离子水反复清洗反应釜3-5遍，再用氮气吹洗反应釜和实验管线系统，确保系统干燥。将反应釜抽真空，吸入100mL配置的促进剂溶液。通入0.5MPa甲烷气体，然后抽真空，反复该过程三次以除净釜内空气。启动低温恒温槽对反应釜降温，直至釜内温度达到6℃。当温度稳定后，打开进气阀，通过缓冲罐预冷进甲烷气体达8.0MPa。稍候一段时间待釜内温度压力均达到稳定后，打开磁力搅拌，并保持转速500rpm。由于甲烷溶于水，搅拌刚开始釜内压力微降，观察此后压力温度曲线变化，判断水合物是否生成。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
先将苯乙烯用10％的氢氧化钠溶液漂洗三次，除去阻聚剂对苯二酚，然后用去离子水清洗三次，放置冰柜中-20℃储存。在带有搅拌装置、冷凝装置、氮气通入装置的250mL三口烧瓶中加入95g去离子水、0.1g纳米Fe3O4和1.0g乳化剂AOT，打开磁力搅拌以300rpm转速搅拌30min，然后用超声波分散液体。抽真空通氮气，排除管路内空气。加入5.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，升温至70℃，在氮气保护下，通过乳液聚合反应，持续搅拌反应5h，自然降温至室温得到产物10％Fe3O4&AOT@PSN-1。
检测和测定：
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂AOT/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例2
与实施例1同样的操作步骤，定量称取90g去离子水、0.1g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂AOT、10.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物10％Fe3O4&AOT@PSN-2。
检测和测定：
将上述促进剂配置为0.5mol、1.0mol、2.0mol表面活性剂AOT/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例3
与实施例1同样的操作步骤，定量称取90g去离子水、0.3g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂AOT、10.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物30％Fe3O4&AOT@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂AOT/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例4
与实施例1同样的操作步骤，定量称取80g去离子水、0.1g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂AOT、20.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物10％Fe3O4&AOT@PSN-3。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂AOT/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例5
与实施例1同样的操作步骤，定量称取90g去离子水、0.1g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂C12-MADS、10.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物10％Fe3O4&C12-MADS@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂C12-MADS/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例6
与实施例1同样的操作步骤，定量称取90g去离子水、0.1g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂Dowfax2A1、10.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物10％Fe3O4&Dowfax2A1@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂Dowfax2A1/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
实施例7
与实施例1相同，不同之处在于：打开磁力搅拌以300rpm转速搅拌60min，升温至60℃，在氮气保护下，通过乳液聚合反应，持续搅拌反应3h。
对比例1
分别配制100mL的0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/LSDS水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
对比例2
在带有搅拌装置、冷凝装置、氮气通入装置的250mL三口烧瓶中加入90g去离子水、10.0g苯乙烯、0.1g过硫酸铵和1.0g乳化剂SDS，抽真空通氮气，排除管路内空气。打开磁力搅拌以300rpm转速搅拌30min。在氮气保护下，升温至70℃，通过乳液聚合反应，持续搅拌反应5h，自然降温至室温得到产物SDS@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂SDS/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
对比例3
与实施例1同样的操作步骤，定量称取90g去离子水、0.1g纳米Fe3O4、1.0g乳化剂SDS、10.0g苯乙烯和0.1g过硫酸铵，乳液聚合反应5h，反应结束后，得到产物10％Fe3O4&SDS@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂SDS/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
对比例4
在带有搅拌装置、冷凝装置、氮气通入装置的250mL三口烧瓶中加入90g去离子水、10.0g苯乙烯、0.1g过硫酸铵和1.0g乳化剂AOT，抽真空通氮气，排除管路内空气。打开磁力搅拌以300rpm转速搅拌30min。在氮气保护下，升温至70℃，通过乳液聚合反应，持续搅拌反应5h，自然降温至室温得到产物AOT@PSN-2。
将上述促进剂配置为0.5mol、1.0mol、2.0mol表面活性剂AOT/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
对比例5
与对比例4同样的操作步骤，定量称取10.0g苯乙烯、0.1g过硫酸铵和1.0g乳化剂C12-MADS，乳液聚合反应5h，反应结束后得到产物C12-MADS@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂C12-MADS/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
对比例6
与对比例4同样的操作步骤，定量称取10.0g苯乙烯、0.1g过硫酸铵和1.0g乳化剂Dowfax2A1，乳液聚合反应5h，反应结束后得到产物Dowfax2A1@PSN-2。
将上述促进剂配置为1.0mol表面活性剂Dowfax2A1/L水溶液，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，通过实验室天然气水合物促进性能测试装置进行检测，测定促进剂促进水合物生成的诱导时间，实验结果见表1。
表1
Figure BDA0002930104100000131
Figure BDA0002930104100000141
由表1得出，在初始温度6℃，初始压力8.0MPa的条件下，在相同的1.0mol表面活性/L浓度下，本发明制备的由纳米Fe3O4和Gemini型阴离子表面活性剂包裹聚苯乙烯微球使甲烷水合物生成诱导时间大大缩短，效果优于由纳米Fe3O4和单链SDS包裹的聚苯乙烯微球。从结果可知，乳液聚合反应中，单体苯乙烯浓度越高，表面活性剂固载率越高，微球粒径越大，甲烷水合物诱导时间越短，反应速率越快；纳米Fe3O4含量越高，也有利于加快甲烷水合物反应速率。由对比例4-6和实施例1-6得出，在同样条件下，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠与纳米Fe3O4有协同作用，得到的天然气水合物促进剂促进水合物生成的诱导时间大大降低。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，其特征在于，基于乳液聚合反应，在无氧操作条件下，以苯乙烯为单体，去离子水为溶剂，过氧化物为引发剂，Gemini表面活性剂为乳化剂，将纳米Fe3O4和乳化剂固载在聚苯乙烯表面，形成所述的气体水合物促进剂。
2.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，其特征在于，所述的单体与引发剂的质量比为50：1～200：1，单体与乳化剂的质量比为5：1～20：1，纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1～0.3：1，单体占水溶液总质量的百分比为5％～20％，所述的水溶液总质量是单体质量与去离子水质量的总和。
3.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂，其特征在于，所述的Gemini表面活性剂为Gemini型阴离子表面活性剂，Gemini型阴离子表面活性剂为双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠或双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠，双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠的结构式如式I所示，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的结构式如式II或式III所示，
Figure FDA0002930104090000011
4.权利要求1所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按一定质量比例加入乳化剂Gemini表面活性剂、去离子水和纳米Fe3O4加入反应容器中搅拌均匀，预乳化30～60min，得到预乳化液；
(2)在无氧操作环境下，向预乳化液中依次加入单体苯乙烯和引发剂过氧化物，升温至60～80℃反应3～5h后，最后将反应后的粗产物冷却至室温，得到所述的气体水合物促进剂。
5.根据权利要求4所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于，所述的纳米Fe3O4颗粒的纯度为97％，粒径分布在20～100nm之间。
6.根据权利要求4所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于，所述的单体与引发剂的质量比为50：1～200：1，单体与乳化剂的质量比为5：1～20：1，纳米Fe3O4与乳化剂的质量比为0.1：1～0.3：1，单体占水溶液总质量的百分比为5％～20％，所述的水溶液总质量是单体与去离子水质量的总和。
7.根据权利要求4所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于，所述的过氧化物是过硫酸铵。
8.根据权利要求4所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的制备方法，其特征在于，所述的Gemini表面活性剂为Gemini型阴离子表面活性剂，Gemini型阴离子表面活性剂为双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠或双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠，双疏水基的丁二酸二异辛酯磺酸钠的结构式如式I所示，双亲水基的十二烷基二苯醚二磺酸钠的结构式如式II或式III所示，
Figure FDA0002930104090000031
9.权利要求2所述的基于纳米颗粒和Gemini表面活性剂的气体水合物促进剂的应用，其特征在于，气体水合物促进剂使用时，配制气体水合物促进剂水溶液，其应用温度范围为0～10℃，压力范围0～20MPa，气体水合物促进剂水溶液以1L气体水合物促进剂水溶液中含有0.5～2.0mmol的Gemini表面活性剂来配制。
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