JP2020536839A - ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲル - Google Patents

ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲル Download PDF

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Abstract

金属酸化物と二次元ナノシートとを含むナノコンポジット。金属酸化物はジルコニア及びチタニアのうちの少なくとも１種を含み、二次元ナノシートは還元型酸化グラフェン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１種を含む。二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から１９：１であり、又は、２：１から９：１である。ナノコンポジットの製造は、ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェン粉末とを含む第１の水性分散物を形成するステップと、還元剤を第１の水性分散物と組み合わせるステップと、第１の水性分散物にマイクロ波を照射するステップであって、それにより、ジルコニアとグラフェンとを含む第２の水性分散物を生成する、前記照射するステップと、第２の水性分散物からナノコンポジットを分離するステップであって、ナノコンポジットはジルコニアとグラフェンとを含む、前記分離するステップとを備える。

Description

［優先権の主張］
この出願は、２０１７年１０月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／５７１，４７８号の優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、油田への適用における水の遮断のためのナノコンポジット架橋剤で形成されたポリマーゲルに関する。
過剰な水生成は、油井又はガス井の寿命を制限する可能性があり、技術的、経済的、及び環境上の課題をもたらす。水生成は、スケールの堆積、腐食、掘削残土、及び鉱物の溶解を含め、油田及びガス田の損傷メカニズムの要因となる。油田及びガス田からの水生成を低減するために、ポリマーゲルが用いられてきた。しかし、ポリマーの熱安定性及び塩分耐性の改善が必要である。
第１の一般的な態様において、ナノコンポジットは、ジルコニア及びチタニアのうちの少なくとも１種を含む金属酸化物と、還元された酸化グラフェン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１種を含む二次元ナノシートとを含む。二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から１９：１である。別の例では、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から９：１である。
第２の一般的な態様において、ナノコンポジットの製造は、ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェン粉末とを含む第１の水性分散物を形成するステップと、還元剤を第１の水性分散物と組み合わせるステップと、第１の水性分散物にマイクロ波を照射することにより、ジルコニアとグラフェンとを含む第２の水性分散物を生成するステップと、第２の水性分散物からナノコンポジットを分離するステップであって、ナノコンポジットがジルコニアとグラフェンとを含む、前記分離するステップとを含む。
第３の一般的な態様において、ポリマー前駆体溶液は、ポリアクリルアミドと、金属酸化物及び二次元ナノシートを含むナノコンポジット架橋剤とを含む分散物を含み、ポリアクリルアミドに対するナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は１：１０から１：２０であり、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から１９：１である。第３の一般的な態様の一の実施例では、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から９：１である。
第４の一般的な態様において、ポリマーゲルは、金属酸化物と二次元ナノシートとを含むナノコンポジットで架橋されたポリアクリルアミドを含み、ポリアクリルアミドに対するナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は１：１０から１：２０であり、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から１９：１である。第４の一般的な態様の一の実施例では、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から９：１である。
第１、第２、第３、及び第４の一般的な態様の実施は、下記の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
実施によっては、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比は約１９：１である。他の実施において、二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比は約９：１である。金属酸化物はジルコニアを含むものであっても、ジルコニアから成るものであっても、本質的にジルコニアから成るものであってもよい。二次元ナノシートは還元型酸化グラフェンを含むものであっても、還元型酸化グラフェンから成るものであっても、本質的に還元型酸化グラフェンから成るものであってもよい。ナノコンポジットは、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含むものであっても、還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成るものであって、本質的に還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成るものであってもよい。
第３及び第４の一般的な態様におけるポリアクリルアミドの重量平均分子量は、典型的には、約５００，０００ダルトンと約５５０，０００ダルトンとの間である。
本明細書に記載する主題の１つ又は複数の実施の詳細は、添付の図面及び下記の説明に記載されている。主題の他の特徴、態様、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
図１は、ポリマーとナノコンポジット架橋剤とを含有する溶液、及び、結果として得られたポリマーゲルを示す写真である。
図２は、ポリマーゲルの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルと、ナノコンポジット架橋剤を含まないポリマーゲルの、熱重量分析（ＴＧＡ）のプロットを示す。
図４は、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルと、ナノコンポジット架橋剤を含まないポリマーゲルの、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）のプロットを示す。
図５は、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルと、ナノコンポジット架橋剤を含まないポリマーゲルの、動的機械分析（ＤＭＡ）のプロットを示す。
図６は、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルのＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルと、ナノコンポジット架橋剤を含まないポリマーゲルの、カ氏３１０度（°Ｆ）（１５４℃）での粘度対時間のプロットを示す。
図８は、ナノコンポジット架橋剤を含むポリマーゲルの差圧及び漏洩率対時間を示す。
図９は、ナノコンポジットゲルを含むポリマーの光学顕微鏡画像を示す。
本明細書に記載するナノコンポジット架橋剤を用いて形成されるポリアクリルアミド（ＰＡＭ）ポリマーゲルは、高温安定性、機械的安定性、及び塩分耐性を示し、過剰な水生成を伴う成熟した油田に対する水遮蔽処理に広く適用することができる。ナノコンポジット架橋剤は、１種又は複数種の金属酸化物と、１種又は複数種の二次元（２Ｄ）ナノシートとを含む。ナノコンポジットは、典型的には２：１から１９：１の範囲の２Ｄナノシートに対する金属酸化物を重量比で含む。一の実施例において、２Ｄナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は２：１から９：１である。適切な金属酸化物の例として、ジルコニア及びチタニアが挙げられる。適切な２Ｄナノシートの例として、酸化グラフェン（ＧＯ）、酸化グラフェンの誘導体、及び窒化ホウ素（ＢＮ）が挙げられる。本開示において用いられる場合、用語「誘導体」は、化学的に修飾された酸化グラフェン、例えば、少なくとも１種の官能基で修飾された酸化グラフェンを指す。官能基の適切な例としては、カルボキシ基、アミド基、イミノ基、及びアルキル基が挙げられる。化学修飾には共有結合及び非共有結合が含まれる。非共有結合の例には、静電相互作用、疎水性相互作用、及びファン・デル・ワールス力が含まれる。一の例において、用語「誘導体」は、化学的に還元された酸化グラフェン（還元型酸化グラフェン、ＲＧＯ）、例えば、ヒドラジン水和物で還元された酸化グラフェンを指す。
ナノコンポジット架橋剤は、ｉｎ ｓｉｔｕマイクロ波照射（ＭＷＩ）を援用した、簡便で、費用効果が高く、環境に優しい、規模拡大可能な化学還元法によって調製することができる。実施の形態によっては、ナノコンポジット架橋剤は、２Ｄナノシートとナノ粒子状金属酸化物との水性分散物を形成するステップと、還元剤を分散物と組み合わせるステップと、分散物にマイクロ波を照射するステップとによって調製される。実施例によっては、水性分散物は、１重量パーセント（ｗｔ％）から５ｗｔ％の２Ｄナノシートと、１ｗｔ％から５ｗｔ％のナノ粒子状金属酸化物とを含む。マイクロ波照射は、典型的には、５００ワット（Ｗ）から１０００Ｗの範囲であり、反応時間は１分から５分の範囲である。一の実施例において、２ＤナノシートはＲＧＯであり、ナノ粒子状金属酸化物はジルコニアであり、還元剤はヒドラジン水和物である。分散物にマイクロ波を照射するステップは、酸化グラフェンをグラフェンに還元し、グラフェンとジルコニアとを含むナノコンポジットの懸濁液を生成する。ナノコンポジットは、例えば、遠心分離によって懸濁液から分離して、乾燥させる。
ポリマーゲル前駆体溶液は、ナノコンポジットとポリアクリルアミドとを水中で組み合わせて、水性分散物を生成するステップによって調製することができる。実施例によっては、ポリマーゲル前駆体は、０．２ｗｔ％から１ｗｔ％のナノコンポジットと、１ｗｔ％から４ｗｔ％のポリアクリルアミドとを含む。水性分散物を加熱してポリマーゲルを生成する。一の実施では、ナノコンポジットを水に分散させ、ポリアクリルアミドを分散物に添加する。分散物を加熱してポリマーゲルを生成するステップは、約３００°Ｆ（１４９℃）（例えば、３１０°Ｆ）の温度で、ゲルを形成するのに十分な時間（例えば、２時間から４時間）加熱するステップを含んでもよい。
１１５ミリリットル（ｍＬ）の濃硫酸を、２グラムの天然グラファイト（Ｍｅｒｃｋ）と混合して、部分的に酸化したグラファイトの混合物を生成する。混合物の温度をセ氏２０度（℃）未満に維持する。温度をセ氏２０度（℃）未満に維持したまま、硝酸ナトリウム２．５ｇと過マンガン酸カリウム２０ｇとを連続添加した。次に、結果として得られた混合物を３５℃から４０℃で２時間加熱した後、温度を５０℃より低く制御した状態で２３０ｍｌの脱イオン水を添加した。２０ｍＬの過酸化水素で反応を停止させ、結果として得られた酸化グラフェンを、１０％ＨＣｌで洗浄して金属イオンを除去し、中性ｐＨが得られるまで脱イオン水で洗浄した。次に、酸化グラフェン残留物を６０℃で乾燥させて、ゲルで使用する乾燥酸化グラフェンを得た。
実験１：２０ｇの臭化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（ＴＢＡＢ）を、２５０ｍＬのアンモニア（５００ｍＬ、１．６２モル）に８０℃で溶解させた。この溶液に、７００ｍＬの水性１モル（Ｍ）ＺｒＯＣｌ２を滴加した。結果として得られた混合物を３時間室温で撹拌して、透明な溶液を生成した。透明な溶液を水浴中１００℃で２４時間熟成（ゾル維持）させて、ゲルを形成した。ＴＢＡＢテンプレートに堆積したＺｒＯＣｌ２をろ過し、オーブンで、８０℃で２日間乾燥させて、ジルコニア担体を生成した。ジルコニア担体を、毎分１℃の割合で５００℃で、等温条件下で３時間焼成した。実験２：５ｍｇの臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）を２５０ｍＬのアンモニア（５００ｍＬ、１．６２モル）に８０℃で溶解させた。この溶液に、１７５ｍＬのジルコニル塩（ＺｒＯＣｌ２）の水溶液（即ち、２５０ｍｌの蒸留水に溶解させた６５．３７５ｍｇのＺｒＯＣｌ２）を滴加した。結果として得られた混合物を３時間室温で撹拌して、透明な溶液を生成した。透明な溶液を水浴中１００℃で２４時間熟成（ゾル維持）させて、ゲルを形成した。ＣＢＡＢテンプレートに堆積したＺｒＯＣｌ２をろ過し、オーブンで、８０℃で２日間乾燥させて、ジルコニア担体を生成した。ジルコニア担体を、毎分７℃の割合で６００℃で、等温条件下で２時間焼成した。
４００ミリグラム（ｍｇ）の乾燥酸化グラフェンを２０ｍＬの脱イオン水に入れて撹拌し、均質な黄色分散物を得た。ジルコニアを分散物と、ジルコニア：酸化グラフェンの重量比１９：１で組み合わせ、４０マイクロリットル（μＬ）のヒドラジン水和物を添加した。別の実験では、ジルコニア：酸化グラフェンの重量比９：１を用いた。結果として得られた分散物をマイクロ波オーブンに入れた。マイクロ波オーブン（２．４５ギガヘルツ（ＧＨｚ））を、１分から２分の合計反応時間の間、フルパワー（１０００Ｗ）にて３０秒サイクル（１０秒間オン、２０秒間オフで撹拌）で作動させた。黄色分散物は徐々に黒色に変化し、酸化グラフェンのグラフェンへの化学的還元の完了を示した。結果として得られた分散物を１５分間遠心分離（毎分５０００回転（ｒｐｍ））して、ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジットを生成した。ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジットを真空下で一晩乾燥させた。
ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジットを水に分散させて、０．２ｗｔ％のナノコンポジットを含む分散物を生成した。４ｗｔ％のポリアクリルアミド（重量平均分子量（ＭＷ）５５０，０００、ＳＮＦ製）を分散物と組み合わせ、ポリマーゲル前駆体溶液を生成し、ポリマーゲル前駆体溶液を３０２℃で４時間加熱して、ポリマーゲルを生成した。別の実験では、ポリマーゲル前駆体溶液を３１０℃で加熱した。図１は、ポリマーゲル前駆体溶液１００と、結果として得られたポリマーゲル１０２とを示す画像である。図２は、多孔質ハニカム構造を示すポリマーゲル１０２のＳＥＭ画像である。
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ従来のポリアクリルアミドゲル（ナノコンポジット架橋剤なし）と、本実施例で述べるように形成したポリアクリルアミドゲル（４ｗｔ％ポリアクリルアミドと０．２ｗｔ％ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット）の温度の関数としての重量損失のサーモグラムを示す。従来のゲルは、水中に、７ｗｔ％のポリアクリルアミド、４ｗｔ％のホルムアルデヒド、及び１０ｗｔ％から１５ｗｔ％のメタノールを含んでいた。図３Ａのサーモグラム３００は、それぞれ３０℃、８０℃、２１０℃、及び３２０℃で始まる４つの主な分解形態３０２、３０４、３０６、及び３０８を示している。８０℃までの段階３０２は、水の蒸発によるものと考えられる。段階３０４及び３０６は、それぞれポリアクリルアミドのアミド及びカルボキシラート側基の分解に起因する。段階３０８は、ポリマー骨格の分解によるものと考えられる。サーモグラム３００と同様、図３Ｂのサーモグラム３１０は、４つの主な分解形態３１２、３１４、３１６、及び３１８を示している。しかし、サーモグラム３１０は、３つの高温形態３１４、３１６、及び３１８のそれぞれ１２７℃、４７８℃、及び６８５℃へのシフトを示しており、ポリマーゲル中のジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット架橋剤の存在によるものと考えられる。
図４は、それぞれ、ポリアクリルアミドゲル（ナノコンポジット架橋剤無し）と、本実施例に記載する通りに形成したナノコンポジットを含むポリアクリルアミドゲル（４ｗｔ％ポリアクリルアミドと０．２ｗｔ％ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット）との、温度の関数としての示差走査熱量測定（ＤＳＣ）曲線を示す。この実験の重要性は、ＤＳＣを用いてポリマーゲルの熱安定性を調べることである。第１の吸熱ピーク（０℃前後）は、ポリマーゲル中に存在する遊離水の量を表す一方、第２の吸熱ピークは、分解エンタルピーである。図４の曲線からわかるように、遊離水含有量は、両方のゲルとも同じままである一方、分解エンタルピーは、ナノコンポジット架橋剤を含有するゲルの場合は１６％低下した。これは、ポリマー鎖間、及びポリマーとナノコンポジットとの間の結合を切断するのに必要なエネルギーが少なかったことを示している。加えて、ナノコンポジットを添加した場合、ポリマーゲルの分解温度（Ｔｄｅｇ）は、１８２℃から１７６℃へ低下した。このＴｄｅｇの低下は、（１）グラフェンが潤滑剤として作用し、そのため、ポリマー分子がより低温で互いに容易にすれ違えるようになった、（２）ナノコンポジットの存在により分子運動性が低下し、ポリマー相間が軟化した、又は（３）ポリマー鎖の構造変化、即ち、ポリマー鎖が短縮した、のいずれかの結果である可能性がある。
図９は、ナノコンポジットを含むポリマーに関して得られた光学顕微鏡画像を示す。この画像は、ポリマーが、良好に分枝して絡み合った短鎖を有することを示している。これにより、ポリマー分子が互いに容易にすれ違うことが可能となり、より低温でのゲルの粘性が低下する（Ｔｄｅｇの低下を補完する）。
図５は、動的機械分析（ＤＭＡ）により測定した、本実施例で述べるように形成したポリマーゲル（４ｗｔ．％のポリアクリルアミドと０．２ｗｔ．％のジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット）と比較したポリマーゲル（ナノコンポジット架橋剤を含まず）の貯蔵弾性率を示す。ナノコンポジット（０．２ｗｔ．％のジルコニア／ＲＧＯ）と組み合わせるとポリマーゲルの弾性が向上した。これは、図５に示す貯蔵弾性率の８０％増から明らかである。これは、ポリマーゲルの剛性を高めるナノコンポジットの存在下での、ポリマーゲルの相間及び構造の調節によるものと考えられる。
図６は、本実施例で述べるように形成したポリマーゲル（４ｗｔ．％ポリアクリルアミドと０．２ｗｔ．％ジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット）のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。図６は、約１３．９°、１６．７°、１８．５°、２５．３°、及び２８．２°における２シータ（２θ）でのピークを示し、ポリマーゲル中のジルコニアとＲＧＯからの回折を表している。
図７Ａ及び図７Ｂは、高温高圧粘度計で測定した、従来のポリアクリルアミドゲル（ナノコンポジット架橋剤無し）と本実施例のポリアクリルアミドゲル（４ｗｔ．％ポリアクリルアミドと０．２ｗｔ％のジルコニア／ＲＧＯナノコンポジット）の場合の時間の関数としての３１０°Ｆでの粘度を示す。従来のゲルは、水中に、７ｗｔ．％のポリアクリルアミド、４ｗｔ．％のホルムアルデヒド、及び１０ｗｔ．％から１５ｗｔ．％のメタノールを含んでいた。両ポリマーゲルで、１００分経過後にゲル形成が発生した。図７Ａの挿入図は、ナノコンポジットを含まないポリマーゲルの場合の、１００分後の粘度の６００ｃＰ（０．６Ｐａ・Ｓ）への短期間の上昇を示している。図７Ｂは、本実施例のナノコンポジットを含有するゲルの場合の、１００分後の粘度の３２０００センチポアズ（ｃＰ）（３２Ｐａ・Ｓ）への上昇を示し、安定状態を保ち、少なくとも更に１２０分間は分解しなかった。
図８は、本実施例のポリアクリルアミドナノコンポジットゲルの強度を評価するためのコアフラッディング試験の結果を示す。試験は様々な圧力で実施され、結果として得られたゲルは、２０００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）（１３，７８９ｋＰａ）の圧力で７日間安定し、水漏れは無視できる程度であることを実証した。硬化時間（４８時間）を終えた後、地層塩水を注入（後注入）して、化学処理による閉塞効率を特定した。図８は、時間に関する全段階中の圧力低下を示す。化学的硬化後の最初の圧入試験で、合計差圧が８５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）となる注入圧力の急激な上昇が見られる。測定された差圧は、この水遮蔽材料によって処理されたマトリクスの場合、２，５５０ｐｓｉ毎フィート（ｆｔ）の保持圧力に相当する。その後、耐久試験が開始され、差圧は、８００ｐｓｉ（５，５１６ｋＰａ）に１時間、次いで、１５００ｐｓｉ（１０，３４２ｋＰａ）にしばらくの間保持された。これに続き、２０００ポンド毎平方インチ差圧力（ｐｓｉｄ）の差圧での１８０時間まで延長したが、処理されたコアプラグを通過する漏洩は最小限であった。この期間中に測定された平均漏洩率は毎分０．００１８立方センチメートル（ｃｍ３／分）であった。コアが耐えることができた、等価のドローダウン圧力は、６０００ｐｓｉ／ｆｔ（３−インチコアプラグの場合は２０００ｐｓｉｄ）０．００１８ｃｍ３／分であった。
したがって、本実施例のポリアクリルアミドナノコンポジットゲルは、超高温（例えば、３１０°Ｆ）で安定しており、得ることができた圧力は２０００ｐｓｉであった。対照的に、従来のポリアクリルアミドゲル（ナノコンポジット架橋剤無し）が得た圧力は５ｐｓｉ（３４ｋＰａ）であり、しかもそれは突然低下した。加えて、ポリアクリルアミドナノコンポジットゲルの粘度は、従来のポリアクリルアミドゲル（ナノコンポジット架橋剤無し）の粘度を５０倍上回った。したがって、ポリアクリルアミドナノコンポジットゲルは機械的安定性及び熱的安定性の向上を示し、水を随伴する成熟した油田での過剰な水生成を大幅に減らすことができる。
［特定の実施の形態］
実施の形態によっては、本発明は、下記項目１乃至３６で記述することができる。
項目１．
ナノコンポジットであって：
ジルコニア及びチタニアのうちの少なくとも１種を含む金属酸化物と；
酸化グラフェン、酸化グラフェンの誘導体、及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１種を含む二次元ナノシートと；を含み、
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、ナノコンポジット。
項目２．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む酸化グラフェンの誘導体を含み、
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から９：１である、項目１のナノコンポジット。
項目３．
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比は、約１９：１である、項目１のナノコンポジット。
項目４．
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比は、約９：１である、項目１のナノコンポジット。
項目５．
金属酸化物は、ジルコニアを含む、項目１のナノコンポジット。
項目６．
金属酸化物はジルコニアから成る、又は、本質的にジルコニアから成る、項目５のナノコンポジット。
項目７．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む、項目１のナノコンポジット。
項目８．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンから成る、又は、本質的に還元型酸化グラフェンから成る、項目７のナノコンポジット。
項目９．
ナノコンポジットは、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、項目１のナノコンポジット。
項目１０．
ナノコンポジットは、還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、又は、本質的に還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、項目９のナノコンポジット。
項目１１．
ナノコンポジットを製造する方法であって：
ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェン粉末とを含む第１の水性分散物を形成するステップと；
還元剤を第１の水性分散物と組み合わせるステップと；
第１の水性分散物にマイクロ波を照射するステップであって、それによりジルコニアとグラフェンとを含む第２の水性分散物を生成する、前記照射するステップと；
第２の水性分散物からナノコンポジットを分離するステップであって、ナノコンポジットはジルコニアとグラフェンとを含む、前記分離するステップと；を備えるナノコンポジットを製造する方法。
項目１２．
ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェンとの重量比の範囲は、２：１から１９：１である、項目１１の方法。
項目１３．
ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェンとの重量比の範囲は、２：１から９：１である、項目１１の方法。
項目１４．
酸化グラフェンに対するジルコニアナノ粒子の重量比は、約１９：１である、項目１２の方法。
項目１５．
酸化グラフェンに対するジルコニアナノ粒子の重量比は、約９：１である、項目１２の方法。
項目１６．
ポリマー前駆体溶液であって：
ポリアクリルアミドと、金属酸化物及び二次元ナノシートを含むナノコンポジット架橋剤とを含む分散物；を備え、
ポリアクリルアミドに対するナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は、１：１０から１：２０であり、
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、ポリマー前駆体溶液。
項目１７．
金属酸化物と二次元ナノシートの重量比の範囲は、２：１から９：１である、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目１８．
金属酸化物と二次元ナノシートの重量比は、約１９：１である、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目１９．
金属酸化物は、ジルコニアを含む、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目２０．
金属酸化物は、ジルコニアから成る、又は、本質的にジルコニアから成る、項目１９のポリマー前駆体溶液。
項目２１．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目２２．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンから成る、又は、本質的に還元型酸化グラフェンから成る、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目２３．
ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目２４．
ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、又は、本質的に還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、項目２３のポリマー前駆体溶液。
項目２５．
ポリアクリルアミドの重量平均分子量は、５００，０００ダルトンと５５０，０００ダルトンの間である、項目１６のポリマー前駆体溶液。
項目２６．
ポリマーゲルであって：
金属酸化物と二次元ナノシートとを含むナノコンポジットで架橋されたポリアクリルアミド；を含み、
ポリアクリルアミドに対するナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は、１：１０から１：２０であり、
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、ポリマーゲル。
項目２７．
二次元ナノシートに対する金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から９：１である、項目２６のポリマーゲル。
項目２８．
金属酸化物と二次元ナノシートとの重量比は、約１９：１である、項目２６のポリマーゲル。
項目２９．
金属酸化物と二次元ナノシートとの重量比は、約９：１である、項目２６のポリマーゲル。
項目３０．
金属酸化物は、ジルコニアを含む、項目２６のポリマーゲル。
項目３１．
金属酸化物は、ジルコニアから成る、又は、本質的にジルコニアから成る、項目３０のポリマーゲル。
項目３２．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む、項目２６のポリマーゲル。
項目３３．
二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンから成る、又は実質的に、還元型酸化グラフェンから成る、項目３２のポリマーゲル。
項目３４．
ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、項目２６のポリマーゲル。
項目３５．
ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、又は、本質的に還元型酸化グラフェンとジルコニアとから成る、項目３４のポリマーゲル。
項目３６．
ポリアクリルアミドの重量平均分子量は、５００，０００ダルトンと５５０，０００ダルトンとの間である、項目２６のポリマーゲル。
主題の特定の実施について説明した。他の実施は、特許請求の範囲に含まれる。
１００ ポリマーゲル前駆体溶液
１０２ ポリマーゲル
２００ 多孔質ハニカム構造

Claims (20)

  1. ナノコンポジットであって：
    ジルコニア及びチタニアのうちの少なくとも１種を含む金属酸化物と；
    酸化グラフェン、酸化グラフェンの誘導体、及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１種を含む二次元ナノシートと；を含み、
    前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、
    ナノコンポジット。
  2. 前記二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む酸化グラフェンの誘導体を含み、
    前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から９：１である、
    請求項１に記載のナノコンポジット。
  3. 前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の前記重量比は、約１９：１である、
    請求項１に記載のナノコンポジット。
  4. 前記金属酸化物は、ジルコニアを含む、
    請求項１に記載のナノコンポジット。
  5. 前記二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む酸化グラフェンの誘導体を含む、
    請求項１に記載のナノコンポジット。
  6. 前記ナノコンポジットは、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、
    請求項１に記載のナノコンポジット。
  7. ナノコンポジットを製造する方法であって：
    ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェン粉末とを含む第１の水性分散物を形成するステップと；
    還元剤を前記第１の水性分散物と組み合わせるステップと；
    前記第１の水性分散物にマイクロ波を照射するステップであって、それにより、ジルコニアとグラフェンとを含む第２の水性分散物を生成する、前記照射するステップと；
    前記第２の水性分散物から前記ナノコンポジットを分離するステップであって、前記ナノコンポジットはジルコニアとグラフェンとを含む、前記分離するステップと；を備える、
    ナノコンポジットを製造する方法。
  8. 前記ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェンとの重量比の範囲は、２：１から１９：１である、
    請求項７に記載の方法。
  9. 前記ジルコニアナノ粒子と酸化グラフェンとの重量比の範囲は、２：１から９：１である、
    請求項７に記載の方法。
  10. 前記酸化グラフェンに対する前記ジルコニアナノ粒子の重量比は、約１９：１である、
    請求項７に記載の方法。
  11. ポリマー前駆体溶液であって：
    ポリアクリルアミドと、金属酸化物及び二次元ナノシートを含むナノコンポジット架橋剤とを含む分散物を備え、
    前記ポリアクリルアミドに対する前記ナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は、１：１０から１：２０であり、
    前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、
    ポリマー前駆体溶液。
  12. 前記金属酸化物と前記二次元ナノシートとの前記重量比の範囲は、２：１から９：１である、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  13. 前記金属酸化物と前記二次元ナノシートの前記重量比は、約１９：１である、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  14. 前記金属酸化物は、ジルコニアを含む、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  15. 前記二次元ナノシートは、還元型酸化グラフェンを含む、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  16. 前記ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  17. 前記ポリアクリルアミドの重量平均分子量は、５００，０００ダルトンと５５０，０００ダルトンとの間である、
    請求項１１に記載のポリマー前駆体溶液。
  18. ポリマーゲルであって：
    金属酸化物と二次元ナノシートとを含むナノコンポジットで架橋されたポリアクリルアミドを含み、
    前記ポリアクリルアミドに対する前記ナノコンポジット架橋剤の重量比の範囲は、１：１０から１：２０であり、
    前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の重量比の範囲は、２：１から１９：１である、
    ポリマーゲル。
  19. 前記二次元ナノシートに対する前記金属酸化物の前記重量比の範囲は、２：１から９：１である、
    請求項１８に記載のポリマーゲル。
  20. 前記ナノコンポジット架橋剤は、還元型酸化グラフェンとジルコニアとを含む、
    請求項１８に記載のポリマーゲル。
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