磁性聚硅酸铝纳米复合材料制备及其对油田采出水混凝研究

发布时间：2020-11-06 16:32

　　目前,中国大多数油田已经步入高含水开采期,石油炼化过程中所产生的大量油田采出水亟待处理。磁混凝是一项由传统混凝与磁分离有机结合的新兴技术,因其具有高效分离性、高吸附能力以及再生性等特点,其已然成为环境工程领域研究热点之一。本论文以硫酸铝、硅酸钠、纳米四氧化三铁(FeNPs)为主要原料合成了一种具有混凝性能的磁性纳米复合材料——PFeNPs。通过对油田采出水的混凝实验,优化得到了 PFeNPs的最佳制备条件:pH为1.5,(Al)/n(Fe)摩尔比为3.67:1,n(Al)/n(Si)摩尔比为2:1,活化时间5h,熟化时间11h,超声时间0.5h。将此条件制备的PFeNPs、聚硅酸铝(PSA)以及FeNPs分别进行了 FT-IR、XRD、Zeta电位、Al-Ferron逐时络合比色法以及VSM对比分析,证明了 PFeNPs是以Si-O-Fe化学键聚合而成的纳米级磁性聚合物,其表面含有大量-OH活性基团。此外,通过SEM发现了 PFeNPs是由丝状和网状结构的PSA所缠绕包裹而成的三维“蚕蛹”状的无机高分子材料。混凝实验以油田采出水为PFeNPs性能评价对象。分别在熟化时间为4h、9h、11h、22h 下制备得到四种混凝剂:PFeNPs4、PFeNPs9、PFeNPs11、PFeNPs22,并在加量为0.6g/L、pH为8.0和搅拌时间为16min的条件下,混凝剂在浊度、总有机碳(TOC)以及钙离子分别为96.2%、99.87%、98.02%。PFeNPs混凝后的絮体由于磁性挤压以及自身重力的因素,其含水率仅有67.23%,远低于聚硅酸铝絮体含水率98.29%,并且满足熟化时间与絮体分形维数变化规律。此外,通过絮体破碎与再生性能研究可知,随PSA熟化时间的增加,PFeNPs对油田采出水混凝主导机理由电中和过渡到网捕卷扫。以电中和为主导所形成絮体的强度因子和恢复因子均高于由网捕卷扫占主导所形成的絮体。网捕卷扫形成的絮体发生大规模破碎后,絮体所带Zeta电位越高恢复因子越低。通过混凝后絮体(PFloc)再生性研究表明,PFloc无法再次混凝,而采用聚硅酸铝作为再生溶液可使其恢复活性(MPFloc),重复再生使用5次后的浊度、TOC与钙离子去除率可达96.8%、78.4%、46.5%。将MPFloc与PFloc通过FT-IR、XRD、热重、SEM以及接触角分析对比,发现PFloc活性位点被污染物所占据,活性羟基含量仅有1.46%远低于MPFloc(6.67%),同时MPFloc比PFloc拥有更为致密的PSA包裹,并且MPFloc在油田采出水中有着更优异的分散性能。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X741;TB383.1
【部分图文】：