Cu2+对聚丙烯酰胺的助絮凝作用

Posted 2023-01-13 絮凝

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“九五"以来，聚丙烯酰胺(HPAM)驱油技术在我国取得了长足发展，目前已进人大面积工业化推广应用阶段。HPAM干粉年注入量已达万吨以上，其规模在世界上处于领先地位。伴随而来的是大量含有一定浓度及粘度的HPAM产出水，HPAM污水中残留单体丙稀酰胺(AM)的毒性很大，并且还含有汞、铬、铅、砷、钒、镉等重金属离子，如直接排放将在环境中逐渐累积，危害环境。如何处理、利用这些产出水是人们十分关注的问题。
1.实验部分
(1)主要试剂与仪器。主要药品为部分水解聚丙稀酰胺(分子量1200万，水解度35%，大庆炼化公司生产)，其余试剂及分析测试试剂均为分析纯。
主要仪器有7230型分光光度计，PHS-25型pH计，KDM型调温电热套，HWCB-2型恒温磁力搅拌器，回流装置，酸式滴定管。
(2)实验方法。用量筒量取200mL新配置的HPAM水溶液置于500mL烧杯中，先移取定量的Cu2+溶液，待溶液搅拌均匀后加入Na2CO3溶液(Cu2+和Na2CO3，已经换算成反应液中的摩尔投加量)。在反应过程中，加入Na2CO3后逐渐有沉淀生成。随着时间的延长絮体逐渐增大，2min后反应完全，静置沉淀(沉淀为蓝色)，取上清液进行测定。
2.实验结果与讨论
(1)HPAM的测定方法。配制100mg/L聚丙烯酰胺标准溶液，取l0个25mL比色管，并依次加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0mL的标准溶液，采用淀粉一碘化镉比色法测定HPAM的浓度，并绘制HPAM标准曲线。化学需氧量(CODcr)的测定采用重铬酸钾法(GB11914—89)。
(2)助絮凝剂对HPAM的去除效果。采用200mg/L的HPAM溶液，通过改变CuSO4和Na2CO3，的不同投加量，最终确定Cu2+与Na2CO3最佳投入摩尔比是4：5，结果列于表l。从外观可以初步判断反应结果，静置沉淀后溶液无色透明时助絮凝效果最好，而溶液呈淡蓝色时效果不理想。

配制40mmol/L的CuSO4、CuCI2和Cu
(NO3)2溶液，100mmol/L的Na2CO3溶液，按最佳投入比与不同浓度HPAM反应。分别取用不同的Cu2+溶液，考察阴离子对HPAM的絮凝影响。使用淀粉一碘化镉比色法测定HPAM残余量。从实验结果可以看出，在Cu和Na2CO，最佳投入比时，阴离子不同的二价铜盐对HPAM的去除效果都能达到90%以上，絮凝作用基本相同。因此，在反应过程中对HPAM起助絮凝作用的是Cu2+，而与阴离子的存在无关。
考察CuSO4和Na2CO3，按最佳投入比作用下对不同浓度HPAM的CODer去除效果表明，在Cu2+的作用下，不同浓度HPAM的.CODer去除率都达到了90%以上。因此，Cu2+对较宽浓度范围的HPAM絮凝效果都很好。
(3)絮凝机理的初步探讨。当加入Cu2+时，反应体系的粘度急剧降低。根据最佳投入比，加入Na2CO3，后生成蓝色絮凝物，静置沉淀上清液为无色。继续增加Na2CO3，的投加量，沉淀溶解溶液呈蓝色，体系粘度回升。这是因为阳离子进入HPAM溶液，通过电荷屏蔽效应降低了HPAM的粘度Na2CO3，的加入是为了调节适宜的pH值，随着Na2CO3，投加量的增加，pH升高，絮凝物逐渐溶解，溶液粘度增大。这证明了Cu2+的加入并未使聚合物断链，而是取代了原来Na的位置，从而生成了新的聚合物。新生成的聚合物沉降后的pH值范围大致在5～7之间，在此pH值范围内絮凝物几乎不溶于水。
3.结论
通过使用淀粉一碘化镉比色法和CODer两种检测HPAM残余量的手段，考察了Cu2+的助絮凝效果。利用三种不同二价铜盐的作用，最终确定阴离子对HPAM的絮凝并不起任何作用。Cu2+加入有助于聚合物的絮凝沉降，随着聚合物浓度的增加，Cu2+的投加量也随之增加。Na2CO3，的作用是调节生成和沉降絮凝物的最佳pH条件，确定了Cu2+和Na2CO3，最佳投入摩尔比是4：5。综合以上结果表明，对于HPAM这种聚合物Cu2+是一种有效的助絮凝剂。