一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法
2023-10-30 00:10:57 4
專利名稱：一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法
技術領域：
本發明涉及一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法，具體是指油田汙水、化工工業汙水中降解聚丙烯醯胺的方法。
背景技術：
目前，我國大部分油田相繼進入三次採油階段，使用聚丙烯醯胺進行三次採油是最為典型的化學驅採油工藝，已經得到廣泛地應用。隨著油田聚合物驅技術的應用，含聚丙烯醯胺汙水的產量在逐年增加。聚丙烯醯胺在為油田生產提高原油採收率的同時，也大幅度增加了混合液的粘度和乳化性，使油水分離難度加大，造成採出水含油量嚴重超標。含聚丙烯醯胺汙水具有粘度高、油水分離難度大、可生化性差等特點，導致油、水分離和含油汙水處理的難度加大，對環境的負面影響也越來越明顯。另外，殘留在環境中的聚丙烯醯胺會發生緩慢降解，釋放出有毒的丙烯醯胺單體，這將給生態環境帶來不可估量的長期危害。油田傳統的沉降-過濾回注處理工藝已不能滿足含聚丙烯醯胺汙水處理的要求。因此，含聚丙烯醯胺汙水的處理已經成了一個亟待解決的問題。
對於含聚汙水處理技術主要包括物理方法、化學方法和生物方法。物理方法能夠在一定程度上提高油水分離效率 ，降低出水的油含量和懸浮物含量，但對汙水中的高分子聚合物基本沒有去除效果，處理後的水根本達不到油田回注水的指標。生物法則過程比較複雜，難於控制且具有較強的選擇性，生物法中用到的功能菌的繁殖篩選速度較慢，因此， 目前生物法降解聚丙烯醯胺尚不成熟，現有工藝無法滿足降解聚丙烯醯胺要求。氧化法其原理是利用強氧化劑、光能或其他能量催化產生自由基引發自由基的連鎖反應使長的聚丙烯醯胺分子鏈斷裂變成小分子有機物，最終被氧化降解為無機物。目前研究較多的氧化劑有Fenton試劑、高鐵酸鉀等，而這些氧化方法一次投資和運行費用高，且易造成二次汙染， 不適合大規模應用。發明內容
本發明目的是提供一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法，該方法將製備催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯醯胺汙水溶液，通過超聲作用催化體系，從而有效降解汙水中的聚丙烯醯胺，該方法具有操作簡單、降解快速、工藝簡單、成本低廉等優點。在含聚丙烯醯胺汙水處理方面具有廣闊的應用前景。
本發明所述的一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法，按下列步驟進行a、製備催化劑金屬離子改性粘土材料將蒙脫石、高嶺石或凹凸棒粘土材料分散到 200-1000mL去離子水中，配製濃度為20_100g/L粘土懸浮液,在室溫下用機械攪拌器攪拌 12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，加入金屬陽離子為Na+、Zn2+、 Cu2+、Ni2+、Co3+、Al3+或Fe3+，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的粘土材料按常規方法進行離心分離、洗滌，得到催化劑金屬離子改性的粘土材料；b、汙水中聚丙烯醯胺的超聲降解將步驟a催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯醯胺汙水溶液，在IO-IOOkHz超聲作用下，溫度0-60°C，降解1-30分鐘，按常規方法進行離心分離出催化劑金屬離子改性粘土，將離心後的催化劑金屬離子改性粘土再次放入聚丙烯醯胺的汙水中進行降解，直至汙水中聚丙烯醯胺降解完畢即可。步驟b催化劑金屬離子改性粘土的質量濃度為O. 5-10g/L。步驟b聚丙烯醯胺汙染物水溶液的質量濃度為l-1000mg/L。步驟b聚丙烯醯胺汙染物水溶液的體積為50_1000mL。
具體實施例方式為便於理解，下面結合具體實例對本發明做進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於此，也不因各實施例的前後次序對本發明造成任何限制。
實施例I
製備催化劑金屬離子改性粘土材料
稱取IOg的蒙脫石粘土材料分散到200mL去離子水中，配製濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到200mL，加入三氯化鐵O. 972g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的蒙脫土粘土材料進行離心分離、洗滌，得到催化劑鐵離子改性的蒙脫石材料；
汙水中聚丙烯醯胺的超聲降解
將得到的催化劑鐵離子改性粘土 O. 05g加入IOOmL質量濃度為lmg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在IOkHz超聲作用下，溫度0°C，降解2分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達82%。對比試驗及結果
將lrng/L的聚丙烯醯胺汙水(IOOmL)直接用25kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為2% ；
將蒙脫石粘土 O. 05g加入IOOmL質量濃度為lmg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用25kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為5% ；
將得到的催化劑鐵離子改性粘土 O. 05g加入IOOmL質量濃度為lmg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用25kHz超聲波降解處理，時間2分鐘後降解效率達到了 82%。實施例2
稱取20g的高嶺石粘土材料分散到400mL去離子水中，配製濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到400mL，加入硝酸鈉I. 944g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的高嶺石粘土材料進行離心分離、洗滌，得到鈉離子改性的高嶺石粘土材料。將得到的催化劑鈉離子改性高嶺石粘土 O. 2g加入300mL質量濃度為100mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在20kHz超聲作用下，溫度10°C，降解5分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達75%
對比試驗及結果
將100mg/L的聚丙烯醯胺汙水(300mL)直接用20kHz超聲波處理，時間30分鐘，降解效率僅為3% ；
將高嶺石粘土 O. 2g加入300mL質量濃度為100mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用20kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為5% ；將鈉離子改性的高嶺石粘土 O. 2g加入300mL質量濃度為100mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用20kHz超聲波降解處理，時間2分鐘後降解效率達到了 75%。
實施例3稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到500mL去離子水中，配製濃度為75g/L的懸浮液,在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到200mL，加入硝酸鈷O. 874g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的凹凸棒粘土材料進行離心分離、洗滌，得到催化劑鈷離子改性的凹凸棒粘土材料；將得到的催化劑鈷離子改性凹凸棒粘土 O. 5g加入500mL質量濃度為150mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在40kHz超聲作用下，溫度20°C，降解10分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達80%對比試驗及結果將150mg/L的聚丙烯醯胺汙水(500mL)直接用40kHz超聲波處理，時間15分鐘，降解效率僅為3% ；將凹凸棒粘土 O. 5g加入500mL質量濃度為150mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用40kHz 超聲波處理，時間15分鐘，降解效率僅為7% ；將鈷離子改性的凹凸棒粘土 O. 5g加入500mL質量濃度為150mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用40kHz超聲波降解處理，時間10分鐘後降解效率達到了 80%。
實施例4製備催化劑金屬離子改性粘土材料稱取IOg的蒙脫石粘土材料分散到300mL去離子水中，配製濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到200mL，加入硝酸鎳O. 972g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的蒙脫土粘土材料進行離心分離、洗滌，得到催化劑鎳離子改性的蒙脫石材料；汙水中聚丙烯醯胺的超聲降解將得到的催化劑鎳離子改性粘土 O. 8g加入800mL質量濃度為500mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在60kHz超聲作用下，溫度40°C，降解15分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達85% 對比試驗及結果將500mg/L的聚丙烯醯胺汙水(800mL)直接用60kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為1% ；將蒙脫石粘土 O. 8g加入800mL質量濃度為500mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用60kHz 超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為5% ；將鎳離子改性蒙脫石粘土 O. 8g加入800mL質量濃度為500mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用60kHz超聲波降解處理，時間15分鐘後降解效率達到了 85%。
實施例5稱取20g的高嶺石粘土材料分散到600mL去離子水中，配製濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到400mL，加入硝酸銅O. 883g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的高嶺石粘土材料進行離心分離、洗滌，得到銅離子改性的高嶺石粘土材料。
將得到的催化劑銅離子改性高嶺石粘土 Ig加入600mL質量濃度為1000mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在IOOkHz超聲作用下，溫度60°C，降解10分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達80%
對比試驗及結果
將1000mg/L的聚丙烯醯胺汙水(600mL)直接用IOOkHz超聲波處理，時間30分鐘，降解效率僅為2% ；
將高嶺石粘土 Ig加入600mL質量濃度為1000mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用IOOkHz超聲波處理，時間10分鐘，降解效率僅為6% ；
將銅離子改性高嶺石粘土 Ig加入600mL質量濃度為1000mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用IOOkHz超聲波降解處理，時間10分鐘後降解效率達到了 80%。實施例6
稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到IOOOmL去離子水中，配製濃度為75g/L的懸浮液，在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到200mL，加入醋酸鋅0. 769g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的凹凸棒粘土材料進行離心分離、洗滌，得到催化劑鋅離子改性的凹凸棒粘土材料；將得到的催化劑鋅離子改性的凹凸棒粘土 0. 7g加入700mL質量濃度為800mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在80kHz超聲作用下，溫度50°C，降解7分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達70%
對比試驗及結果
將800mg/L的聚丙烯醯胺汙水(700mL)直接用80kHz超聲波處理，時間10分鐘，降解效率僅為1% ；
將凹凸棒粘土 0. 7g加入700mL質量濃度為800mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用80kHz超聲波處理，時間10分鐘，降解效率僅為4% ；
將鋅離子改性的凹凸棒粘土 0. 7g加入700mL質量濃度為800mg/L聚丙烯醯胺汙水溶 液中，用80kHz超聲波降解處理，時間7分鐘後降解效率達到了 70%。實施例7
稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到700mL去離子水中，配製濃度為75g/L的懸浮液,在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，用去離子水定溶到200mL，加入氯化鋁0. 677g，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的凹凸棒粘土材料進行離心分離、洗滌，得到催化劑鋁離子改性的凹凸棒粘土材料；
將得到的催化劑鋁離子改性凹凸棒粘土 0. 4g加入300mL質量濃度為400mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，在70kHz超聲作用下，溫度30°C，降解15分鐘，聚丙烯醯胺的降解效率可達60%
對比試驗及結果
將400mg/L的聚丙烯醯胺汙水(300mL)直接用70kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為2% ；
將凹凸棒粘土 0. 4g加入300mL質量濃度為400mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用70kHz超聲波處理，時間20分鐘，降解效率僅為5% ；
將鋁離子改性的凹凸棒粘土 0. 4g加入300mL質量濃度為400mg/L聚丙烯醯胺汙水溶液中，用70kHz超聲波降解處理，時間15分鐘後降解效率達到了 60%。
權利要求
1.一種降解汙水中聚丙烯醯胺的方法，其特徵在於按下列步驟進行 a、製備催化劑金屬離子改性粘土材料將蒙脫石、高嶺石或凹凸棒粘土材料分散到200-1000mL去離子水中，配製濃度為20_100g/L粘土懸浮液,在室溫下用機械攪拌器攪拌12小時，在4000轉的離心機中離心40分鐘後，取上層懸浮液，加入金屬陽離子為Na+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co3+、Al3+或Fe3+，在室溫下攪拌8小時進行離子交換，將交換後的粘土材料按常規方法進行離心分離、洗滌，得到催化劑金屬離子改性的粘土材料； b、汙染物中聚丙烯醯胺的超聲降解將步驟a催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯醯胺汙水溶液，在IO-IOOkHz超聲作用下，溫度0-60°C，降解1-10分鐘，按常規方法進行離心分離出催化劑金屬離子改性粘土，將離心後的催化劑金屬離子改性粘土再次放入聚丙烯醯胺的汙水中進行降解，直至汙水中聚丙烯醯胺降解完畢即可。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於步驟b催化劑金屬離子改性粘土的質量濃度為 O. 5-10g/L。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於步驟b聚丙烯醯胺汙染物水溶液的質量濃度為 O. 01-1000mg/Lo
全文摘要
本發明涉及一種從汙水中降解聚丙烯醯胺的方法，該方法將製備催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯醯胺汙水溶液，通過超聲作用催化體系，從而有效降解汙水中的聚丙烯醯胺，該方法具有操作簡單、降解快速、工藝簡單、成本低廉等優點。在含聚丙烯醯胺汙水處理方面具有廣闊的應用前景。
文檔編號B01J23/755GK102976465SQ20121056405
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者李英宣, 王傳義, 賈漢忠 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所