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新型阳离子疏水改性聚丙烯酰胺的合成及应用

胡敏  
【摘要】:针对三次采油污水的特点,本论文设计合成出系列阳离子型表面活性单体N,N’-二甲基丙烯酰氧丁基烷基溴化铵(DMABA),并将其引入聚合物大分子链上,制备得到新型阳离子疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)。测定了DMABA的胶束化行为、电导率和溶解度等性质,系统研究了HMPAM的合成工艺、溶液中疏水缔合行为以及与小分子电解质和表面活性剂的相互作用。污水处理实验表明,HMPAM对模拟油田污水具有很好的絮凝效果。 将N,N‘-二甲基丙烯酰氧丁基胺与溴代烷反应,合成出系列新型可聚合阳离子表面活性单体DMABA。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振波谱(1H-NMR)表征DMABA结构。以芘为探针的稳态荧光光谱测得三种单体的cmc依次为11.7 mmol/L、7 mmol/L和0.8mmol/L,电导率法和紫外分光光度法得到的cmc与荧光法一致。三种单体的Krafft点依次为25℃、27℃和28.3℃。随烷基碳链长度增加,单体DMABA12、DMABA14和DMABA16的临界胶束浓度cmc、电导率拐点值和溶解度不断降低、Kraff温度增大。 以丙烯酰胺AM,阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DAC以及自制的表面活性单一体DMABA 12进行聚合,通过优化引发剂种类以及用量、总单体浓度、反应温度等工艺条件制备了DMABA含量不同的HMPAMC总单体浓度:25wt%;引发剂:AIBA, NaHSO3,(NH4)2S2O8,引发温度:10℃)。使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和固体核磁共振波谱(13C-NMR)表征了聚合物结构,确定了所制备的聚合物即为目标产物。 通过荧光探针芘的发射和激发光谱以及稳态荧光淬灭法研究HMPAM水溶液中的疏水缔合行为,聚集体的胶体聚集数随聚合物浓度的变化情况。采用动态激光散射方法研究了HMPAM水溶液中聚集体的流体力学半径与分布,通过透射电镜观察HMPAM溶液中聚集体微观结构与形态。根据上述实验结果得到随着聚合物中DMABA 12含量的增加,聚合物在水溶液中的疏水缔合行为越强烈,说明阳离子表面活性单体可调节聚合物的疏水缔合性能。 根据三次采油污水特点,通过粘度法表征了HMPAM聚合物本身以及小分子电解质NaCl、小分子十二烷基硫酸钠(SDS)与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对HMPAM溶液粘度与缔合行为的影响。得到了以下规律:如室温相同浓度下,HMPAM3.0聚合物溶液粘度最高,且比未加DMABA 12的HPAM聚合物粘度高很多,说明DMABA有助大分子链中分子间及分子内缔合生成,提升溶液粘度值;HMPAM系列聚合物溶液与SDS相互作用中,HMPAM 1.0溶液粘度提升最多,说明HMPAM 1.0聚合物在SDS一定含量范围内,随着SDS含量增加,溶液中大分子链形成分子间缔合,形成网络结构,易与捕捉三采污水中的负电荷颗粒,形成絮状沉淀。 考察了制备的系列HMPAM聚合物对油田模拟污水的处理效果。较普通HPAM,新型阳离子疏水改性聚合物HMPAM处理模拟含油污水效能优异,并且以HMPAM 1.0聚合物效果最佳。对于含有NP浓度为50mg/L的模拟二元复合驱污水除油率最高可达90.9%,对于50mg/LCTAB存在的模拟二元复合驱污水除油率最高达89.7%,50mg/L的SDS存在的模拟二元复合驱污水除油率最高达86.1%。


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