一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法

2023-10-31 12:35:22 1

一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法
【專利摘要】本發明公開了一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法，涉及油田化學領域。本發明是以NaY為載體，採用微波法製備氧化鐵負載量為5%（質量分數）的催化劑，在反應時間1h，反應溫度30℃，催化劑加入量5g/L，H2O2用量7ml/L的條件下，對濃度為200mg/L的聚丙烯醯胺溶液有最佳降解效果，降解率可達86.63%。
【專利說明】一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油田化學領域，尤其涉及的是一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法。
【背景技術】
[0002]隨著油田開發的不斷深入，國內大部分油田進入了高含水期，聚合物驅油技術作為主要的採收率提高措施被廣泛地應用，其中使用的高聚物主要是聚丙烯醯胺(PAM)。聚驅技術的使用大大提高了原油的產量，帶來了顯著的經濟效益，但同時也產生了大量的含聚廢水，其粘度大、乳化穩定性強，致使油水分離困難，增加了油田採出水的處理難度。傳統的含油汙水處理工藝很難使處理後的水質達標，解決此問題的關鍵在於PAM的降解。目前PAM降解方法主要有生物法、物理法和化學法等。
[0003]Fenton試劑法是一種高級氧化法，具有高效、選擇性低、工藝成熟等優勢,廣泛應用於難降解有機物的處理過程，但在實際應用中，水中的Fe2+不回收，易產生二次汙染及大量的鐵泥，為工業應用帶來不便，非均相Fenton體系可以較好地克服上述缺點。近年來，非均相Fenton氧化技術在有機汙染物處理上取得了一定進展。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的不足，提供了一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法，包括以下步驟:
[0007](1)催化劑的製備
[0008]採用微波法，將0.llg氧化鐵粉末直接與2g載體混合併研磨均勻，在微波功率400~600W下處理5min，即得負載量為5%的Fe203/NaY非均相催化劑；
[0009](2)催化劑對聚丙烯醯胺的降解
[0010]將負載量為5%的Fe203/NaY非均相催化劑和質量分數為30%的H202加入到聚丙烯醯胺溶液中，調節初始pH為3，控制反應溫度與時間，反應結束後，過濾取濾液測定總有機碳值，計算降解率。
[0011]所述的方法，負載量為5%的催化劑的投加量為5g/L ；H202的投加量為7ml/L。
[0012]所述的聚丙烯醯胺溶液的濃度為200mg/L。
[0013]所述的方法，步驟(2)中，反應溫度為30°C，反應時間為lh。
[0014]本發明通過微波技術製備Fe203/NaY非均相催化劑，由於活性組分和載體吸收微波的能力都較強，因此微波加熱時兩者發生強相互作用，使催化劑具有較高的活性和選擇性，且製備時間大大縮短。將此非均相催化劑用於Fenton反應降解水溶液中難降解的聚丙烯醯胺，在一定的反應條件下，降解率可達到86.63%，除此之外，Fe203/NaY非均相催化劑易分離、易回收、能循環利用，可以節約運行成本。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為不同方法及載體製備的催化劑XRD譜圖(a-NaY，b_Al203)。
[0016]圖2為微波法製備不同Fe203負載量催化劑對PAM的降解。
[0017]圖3為微波法製備的不同Fe203負載量的催化劑的XRD譜圖。
[0018]圖4為反應時間對PAM降解性能的影響。
[0019]圖5為反應溫度對PAM降解性能的影響。[0020]圖6為催化劑用量對PAM降解性能的影響。
[0021 ] 圖7為H202用量對PAM降解率的影響。
【具體實施方式】
[0022]以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0023]1、實驗部分
[0024]1.1試劑和儀器
[0025]y -A1203，NaY，PAM (相對分子量為1.4X108), H202 (30%質量分數)，硝酸鐵，氧化鐵，去離子水；
[0026]JB50-D型增力電動攪拌機、PHS-23C型精密酸度計:上海雷磁儀器廠；BP210s型電子天平:上海精天電子儀器有限公司；MM-2270M型微波爐:青島海爾微波製品有限公司；SX-12-10型箱式電阻爐:北京中興偉業儀器有限公司；HH-601型超級恆溫水浴:金壇市金南儀器製造有限公司。
[0027]1.2催化劑的製備
[0028]催化劑採用三種方法製備，其中，飽和浸潰法(頂)是將硝酸鐵溶液與載體在室溫靜置12h，110°C乾燥4h，500°C焙燒4h。幹混法(MX)是將硝酸鐵粉末直接與載體混合併研磨均勻，熱處理過程同頂法。微波法(MW)是將待負載的氧化鐵粉末直接與載體置於研缽中混合併研磨均勻，在微波爐中以400~600W的功率加熱5min，冷卻待用，無需其他熱處理。
[0029]1.3實驗方法
[0030]將一定量的催化劑和H202加入100ml PAM含量為200mg/L的聚丙烯醯胺溶液中，調節初始pH為3，在一定溫度下攪拌反應一段時間，過濾後取濾液測定總有機碳(T0C)值，計算降解率:
[0031]降解率(％) = (T0C反應前一 T0C反應後)/T0C反應前X 100%
[0032]1.4分析方法
[0033]催化劑的表徵:X射線衍射(XRD)採用荷蘭PANalytical公司X』Pert Pro衍射儀，Cu靶，Κα輻射源，管電壓40kV，管電流40mA，掃描速度2o/min，掃描範圍5~70°。傅立葉紅外(FT-1R)光譜在北分瑞利WQ520紅外光譜儀上測定，樣品用KBr壓片，解析度2CHT1，掃描頻率32次/min。樣品的比表面積和孔結構採用美國Quantachrome公司的QUADRAS0RBSI測定。
[0034]T0C的測定:採用日本SHIMADZU公司TOC-V CPH檢測儀測定。
[0035]2、結果與討論
[0036]2.1載體類型和負載方法的影響[0037]分別以Υ -Α1203和NaY分子篩為載體，採用頂、MX和MW法，製備Fe203負載量為5wt%的催化劑，在催化劑投加量為5g/L，H202投加量為5ml/L，反應溫度為30°C的條件下反應時間lh。圖1為不同方法及載體製備的催化劑XRD譜圖。，催化劑比表面積和孔結構數據以及PAM降解率如表1所示。[0038]由圖1可見，在NaY載體上，採用三種方法製備的催化劑中都只出現了歸屬於NaY的衍射峰，說明Fe203活性組分分散良好；而在A1203載體上，三種方法製備的樣品中，在25° ,29° ,32° ,34°出現了 Fe203 (PDF84-0307)的特徵衍射峰，說明活性組分分散度較差，團聚成較大的晶粒。[0039]從表1可見，NaY具有較高的表面積，因此負載在其上的Fe203能夠高分散，得到的催化劑表面積仍較高，其中頂和麗法得到的催化劑的表面積高於MX法，這是因為IM中，活性組分前體溶液與載體有良好的接觸；麗法中，活性組分和載體都能強烈吸收微波，在微波誘導下發生強相互作用，因此，促進了活性組分的分散;MX僅依靠機械作用使得活性組分和載體混合，因此兩者間相互作用弱。A1203表面積較低，不利於活性組分的分散，因此，催化劑的活性較低。表1不同載體和負載方法的催化劑的表面積和孔結構性質及對PAM的降解率[0040]
【權利要求】
1.一種非均相Fenton反應催化降解聚丙烯醯胺的方法，其特徵是，包括以下步驟: (1)催化劑的製備 採用微波法，將0.llg氧化鐵粉末直接與2g載體混合併研磨均勻，在微波功率400~600W下處理5min，即得負載量為5%的Fe203/NaY非均相催化劑； (2)催化劑對聚丙烯醯胺的降解 將負載量為5%的Fe203/NaY非均相催化劑和質量分數為30%的H202加入到聚丙烯醯胺溶液中，調節初始pH為3，控制反應溫度與時間，反應結束後，過濾取濾液測定總有機碳值，計算降解率。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，負載量為5%的催化劑的投加量為5g/L；H202的投加量為7ml/L。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，聚丙烯醯胺溶液的濃度為200mg/L。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟(2)中，反應溫度為30°C，反應時間為lh。
【文檔編號】C02F1/58GK103553201SQ201310577040
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】吳雁, 王豪, 楊清, 葉仲斌, 夏敏 申請人:西南石油大學