无机盐对有机高分子聚合物絮凝性能影响研究


聚丙烯酰胺生产车间


印染业污水聚丙烯酰胺实验效果

北极星环保网  来源:价值中国  作者:常治辉  2015/7/22 17:18:34  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:污水处理 絮凝剂 法国

北极星环保网讯:通过对高分子聚合物在水溶液中的有效粒径和Zeta 电位的研究,探讨了无机盐对高分子聚合物絮凝性 能的影响。 研究结果表明:无机盐的存在对高分子聚合物的絮凝性能有不利影响,但随着无机盐浓度的增加,无机盐 对高分子聚合物絮凝性能的不利影响有减弱趋势。 就油田污水处理而言,低含盐情况下,应优先选用非离子聚合物 作为絮凝剂;高含盐情况下,应优先选用阳离子聚合物作为絮凝剂。

油田采出水的处理一直是油田生产过程中的重 要组成部分。 在众多油田采出水处理方法中,采用 有机高分子絮凝剂处理采油采出水具有用量小、絮 凝能力强、产生浮渣少、效率高等优点,已成为油田 采出水处理工艺中的重要一环。 近年来,针对油田 采出水处理的高分子絮凝剂发展迅速,新产品不断 问世,形成了类型齐全、规格品种系列化的新兴精细 化工领域。 由于油田污水多具有高矿化度、高电导 率等特点,因此就油田采出水处理而言,研究无机盐 对有机高分子聚合物絮凝性能的影响具有至关重要 的意义。

1 实验部分

1.1 实验原理

关于高分子絮凝剂的絮凝机理,一般有 2 种理论,一种理论归因于颗粒间的桥连作用,另一种 则认为是颗粒表面压缩双电层及电荷中和所致。从聚合物絮凝机理上来讲,非离子、阴离子聚丙烯酰胺 的絮凝作用均是以吸附架桥为主; 阳离子聚丙烯酰 胺的絮凝作用则由吸附架桥、 电荷中和及压缩双电 层等多种因素共同起作用。同等浓度下,高分子 絮凝剂在水溶液中形成的有效粒径大小直接关系桥 连作用的强弱,有效粒径越大,吸附架桥作用越 强;

聚合物表面的 Zeta 电位直接反映的是聚合物 的电中和及压缩双电层作用的强弱,Zeta 电位越高,电中和及压缩双电层作用越强,因此高分子聚合物在水溶液中呈现出的有效粒径及 Zeta 电位的变 化直接反映了聚合物在水溶液中絮凝能力的强弱。 笔者以系列聚丙烯酰胺类絮凝剂为研究对象,通过研究其在水溶液中的有效粒径及Zeta 电位的变化,考察了不同絮凝剂在水溶液中的状态特点,同时,根据油田采出水矿化度高的特点,着重分析讨论了无机盐浓度对不同类型聚合物絮凝性能的影响。

1.2 主要试剂

系列聚丙烯酰胺类絮凝剂,化学纯,法国 SNF 公司;NaCl、NaOH、HCl,分析纯,天津市化学试剂三 厂;去离子水,自制。

1.3 主要仪器及实验方法

本实验高分子聚合物在水溶液中的有效粒径 及 Zeta 电位的测定均采用英国 Manern 公司的 Zetasizer4 粒度与 Zeta 电位测量仪。 实验过程中,以 NaCl 来配制不同浓度的盐水溶液, 盐水 pH 均调为 6.5,测量温度为 20 ℃,聚合物质量分数均为1.0%, Zeta 电位的平均误差为2%。

2 实验结果与讨论

2.1 非离子聚丙烯酰胺在盐水溶液中的絮凝性能 选取相对分子质量分别为200万、300 万、500 万、 800 万及 1 300 万 5 种不同的非离子聚丙烯酰胺, 分别考察了盐浓度对其在水溶液中的有效粒径及 Zeta 电位的影响,结果如图 1、图 2 所示。

从图 1 和图2 可以看出,相同盐浓度下,相对分 子质量越大,非离子聚丙烯酰胺在水溶液中的有效粒径越大, 同时其在水溶液中呈现出的 Zeta 电位 (为负值)越小。 这是因为聚丙烯酰胺在水溶液中的 有效粒径大小主要决定于分子链的长短, 相对分子 质量越大,其在水溶液中所占空间越大,有效粒径就 越大;同时聚丙烯酰胺链上的酰氨基—CONH2 是以 氢键为主的强吸附基团, 它能够吸附溶液中的氯离 子使整个聚合物链带负电荷,相对分子质量越大,聚 合物链越长,对溶液中的负离子的吸附能力就越强, 表现出 Zeta 电位越负。 随着盐浓度的增加,不同相 对分子质量的非离子聚丙烯酰胺在水溶液中的有效 粒径及 Zeta 电位均逐渐减小,当盐质量浓度为 5 000~10 000 mg/L 时, 盐浓度对非离子聚丙烯酰胺 在水溶液中的有效粒径及 Zeta 电位的影响较强;当 盐质量浓度为 10 000~50 000 mg/L 时, 盐浓度对非 离子聚丙烯酰胺在水溶液中的有效粒径及 Zeta 电 位的影响逐渐变弱。 这是因为聚丙烯酰胺本身的吸 附作用,会使聚合物线团略带负电性,当体系中存在 大量的氯离子时,由于氯离子的半径较大,会对带负 电的聚合物线团有压缩效应, 这种压缩作用会使聚 合物线团缩小, 使得聚合物的有效粒径有缩小的趋 势。 低盐浓度下,由于聚合物链本身呈柔性结构,氯 离子对聚合物线团的压缩作用明显, 随着盐浓度的 增加,聚合物链逐渐收缩,趋于刚性结构,无机盐浓 度的变化对聚合物链的影响趋于减弱, 因而表现出 上述结果。

综合上述分析可知, 非离子高分子聚合物在水 溶液中带负电荷, 盐浓度的增加一方面会使非离子 聚丙烯酰胺的有效粒径减小, 同时会使聚合物表面 的 Zeta 电位更负,不利于该絮凝剂对油田采出水的 絮凝处理; 当盐质量浓度达到10 000 mg/L 以上时, 盐浓度的改变对非离子聚丙烯酰胺的有效粒径及聚 合物表面的 Zeta 电位的影响变弱,即对非离子聚丙 烯酰胺絮凝性能的影响减弱。

2.2 阴离子聚丙烯酰胺在盐水溶液中的絮凝性能

选取相对分子质量分别为 200 万、300 万、500 万、 800 万 4 种不同的阴离子聚丙烯酰胺, 分别考察了 盐浓度对其在水溶液中的有效粒径及Zeta 电位的 影响,结果如图 3、图 4 所示。

从图 3 和图 4 可以看出,随着盐浓度的增加,不 同相对分子质量的阴离子聚丙烯酰胺在水溶液中的 有效粒径及 Zeta 电位(负值)均逐渐减小,当盐质量 浓度达到 30 000 mg/L 后, 有效粒径及 Zeta 电位随 盐浓度的增加均不再有明显变化。 这是因为阴离子聚丙烯酰胺本身带有负电荷, 酰胺基的吸附作用也 使聚合物表面带有负电荷, 电荷排斥作用使整个分 子链倾向于呈舒展状态,分子结构呈柔性,有效粒径 较大;随着盐浓度的增加,溶液中大量的氯离子与聚 合物链上的负电荷发生排斥作用,盐浓度越大,排斥 作用越强, 结果表现为聚合物链收缩, 有效粒径减 小,电荷密度增大。 当盐质量浓度达到 30 000 mg/L 后,聚合物链收缩到一定程度,聚合物链由柔 性结构变为刚性结构, 溶液中的氯离子对聚合物链 的排斥作用不再影响聚合物结构, 因而有效粒径不 再随盐浓度的增加有明显变化, 聚合物链表面的电 荷密度也趋于稳定,Zeta 电位也不再有明显变化。

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