随着全球范围内常规化石能源储量的减少,非常规石油能源的开采与利用逐渐成为能源供应的重要一环。最近研究结果表明,纳米颗粒的引入可以有效促进非常规石油能源的回收率。本课题以具有超顺磁性的Fe₃O₄纳米颗粒为材料基础,在其表面修饰亲水基团聚乙二醇600（PEG600）,一方面提高其在水相中的分散性,另一方面利用其亲水性强化沥青从SiO₂矿物表面的剥离过程。由共沉淀法制备得到的Fe₃O₄纳米颗粒通过表面羟基取代反应修饰PEG600-KH560分子得到PK-Fe₃O₄纳米颗粒。测试结果显示PK-Fe₃O₄纳米颗粒单球平均粒径为15.89 nm,具有超顺磁性,PK分子约占纳米颗粒总质量的30%,纳米颗粒可以在200°C下稳定存在,分散在碱水中制备的PK-Fe₃O₄纳米流体平均粒度为105.7 nm,可以通过控制外界磁场高效回收与均匀分散。采用PK-Fe₃O₄纳米流体（0.2 wt%）对加拿大油砂进行浮选萃取,实验结果表明,纳米颗粒的引入可以使沥青回收率（R_B）提高约12%,沥青砂粒质量比（B/S）提高0.17。由于纳米颗粒吸附少量沥青组分,随着循环次数的增加,R_B与B/S逐渐降低。纳米颗粒利用磁性分离回收,其回收率随着循环次数的提高逐渐升高到70%。采用QCM-D对PK-Fe₃O₄纳米颗粒在SiO₂矿物表面的吸附脱附性能进行测试,结果表明:通入纳米流体阶段,PK-Fe₃O₄纳米颗粒能被SiO₂矿物表面吸附,而碱水清洗后仍有少量残留在表面,这种吸附作用可以改善矿物表面的润湿性,进而提高沥青回收率。纳米颗粒剥离沥青机理为纳米颗粒规则排布引起的楔形结构压力。除此之外,PK-Fe₃O₄纳米颗粒可以降低沥青-水界面张力,并有利于提高碱液的黏度,从而促进沥青向流体相传质。