在可持续发展和实现“双碳”目标的发展背景推动下，各行各业越来越重视环保问题，油田开发领域亦是如此，绿色油田化学品的开发愈发受到重视。西安石油大学张洁教授课题组长期致力基于植物材料开发绿色油田化学品的研究与应用并取得了系列成果。其中以植物胶、淀粉、纤维素等天然产物为原料研发了系列环保型油田化学品（J.BiobasedMater.Bioenergy,2021,15(6):820-825;J.BiobasedMater.Bioenergy,2019,13:778-783;Desal.WaterTreat.,2018,107:118-126;Sci.Adv.Mater.2017,9(6):928-933，论文链接：https://doi.org/10.1166/jbmb.2021.2138；https://doi.org/10.1166/jbmb.2019.1908；https://doi.org/10.5004/dwt.2018.22140；https://doi.org/10.1166/sam.2017.3065）。
一些工业或生活废弃物因其中某些特定化学成分而导致处理难度大、成本高、污染环境等问题，若针对它们的特定化学组成进行资源化开发利用，将有效解决上述现实问题，并可带来综合经济效益的增长。为此，该课题组基于废弃塑料资源化利用的研究工作也取得了一定的成果。例如，废弃泡沫塑料中的聚苯乙烯（Polystyrene）、废弃有机玻璃中的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate），与目前油田常用的原油流动性改进剂之间存在下图所示的类似结构（如：聚丙烯酸酯、聚羧酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物），因此可作为原油流动性改进剂的基础原料，将其改性后加入原油可以起到降粘和降凝作用（Polymers,2021,13(15):2505;Pet.Chem.,2018,58(1),85-88;J.Petro.Sci.Eng.,2018,165,1049-1053，论文链接：https://doi.org/10.3390/polym13152505；https://doi.org/10.1134/S0965544118010085；https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.12.041）。
该课题组最新的课题聚焦新冠疫情的特殊背景下的废弃物资源化利用。由聚烯烃类材料制成的一次性口罩等医疗废弃物随着新冠疫情爆发而剧增，因其难降解而带来的环境污染等棘手问题，据海洋保护组织发布的报告称，2020年至少有15.6亿个口罩流入海洋。我们注意到，此类材料主要成分为聚丙烯（Polypropylene）等，恰与油田常用的原油流动性改进剂结构类似，于是尝试开展“基于聚丙烯医疗废弃物的原油流动性改进剂”的研究。与常规处理方式（如焚烧和填埋）相比，为医疗废弃物资源化利用提供了新的技术思路。
原油被开采、集输进入炼油厂加工为化工原料，然后化工厂由聚丙烯原料生产熔喷布、无纺布，再经口罩厂加工成合格的医用与生活用品，最后进入消费者人群当中，这是一次性口罩的“前半生”。而其“后半生“通常以填埋、焚烧的方式被废弃处理，造成资源浪费、污染环境等问题。通过该课题提出的资源化利用方案，废弃口罩实现了“变废为宝”，可应用于油田开采领域的原油流动性改进，实现了资源的循环利用。
将废弃口罩依次拆分，选择适当的溶剂在加热条件下进行充分溶解和改性，制备出原油流动性改进剂。用在不同类型的原油中进行降粘降凝效果评价。其中，基于口罩中间层材料所制备的原油流动性改进剂对于稠油的降粘率最高可达81%，对于高凝油的降凝幅度最高可达8.3℃。
通过蜡晶微观形貌分析和DSC分析，探讨了用废弃口罩制备的原油降粘降凝剂的作用机理：未加剂的原油中，饱和烃组分的蜡晶呈现聚集网络状结构，蜡晶颗粒排列紧凑（如下图（a）所示）；而加剂后的蜡晶变稀少、分散度增加，蜡晶生长受到抑制（如下图（b）所示）。
为了进一步探讨该课题研究成果应用的可行性，对工艺合理放大并进行经济效益分析，成本计算方法如下所示：
C—总成本，元/吨；Mo—每吨产品含有的溶剂的比例，0.65；Co—溶剂的价格，元/吨；Mpp—每吨产品含有的聚丙烯的比例，0.35；Cpp—每吨聚丙烯废弃物总的成本，元/吨；C2—运输成本，元/吨；C3—加工成本，元/吨；C4—包装成本，元/吨；C1—消杀成本，元/吨。
Ce—工业用电价格，0.725元/kW∙h；Q—聚丙烯废弃物加热至60℃的电能消耗，kW∙h；η—电能转化为热能的转化率，%；c—聚丙烯材料的比热容，1.9J/g∙℃；m—聚丙烯废弃物处理量，g；ΔT—加热过程中温度的变化量，℃。
对于废弃口罩的预处理采用高温杀灭病毒，以新冠病毒为例，病毒在高温处理（大于56℃，30min）和医用酒精处理后即可被杀灭，通过材料的比热容可衡算出加热过程的能耗，进而换成消杀处理成本。从室温（25℃）加热至60℃，消杀处理所需热量为66500kJ/吨。功热转化率约为80%，消耗的电能可以计算为23.09kW∙h/吨，进而得出加热消杀过程成本为16.74元/吨。而不具有传染源时的废弃口罩预处理可以省去该步骤。
其次是运输成本，实际上医疗废弃物是由专门的部门负责运输转移。而在该课题研究中，也基于城市、社区等近距离输送做了合理预估。加工、包装等过程参照化工公司的标准，进行合理预估。最后，综合溶剂成本和消杀、运输、加工、包装成本，预估总的成本仅为4533元/吨，远低于市售同类型的高分子降粘剂价格（如EVA，30000元/吨），也低于常用工业级表面活性剂的价格（如十八烷基二甲基氯化铵，17000元/吨；聚乙二醇6000，10800元/吨；十二烷基硫酸钠，18000元/吨），因此具有显著的竞争优势，同时有望带动其他环保产业的发展。
该项研究工作近期以“ResourceutilizationofmedicalwasteunderCOVID-19:Wastemaskusedascrudeoilfluidityimprover”为题发表在JournalofCleanerProduction（中科院一区，TOP期刊，2021年IF=9.297）期刊上。张洁教授和顾雪凡教授共同指导，硕士研究生王棚为论文第一作者，张洁教授为通讯作者，西安石油大学为第一单位。
基于该课题的研究工作，已经先后获得第十四届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖、第九届中国大学生高分子材料创新创业大赛二等奖。（来源 西安石油大学）