專利名稱：一種降解污水中聚丙烯酰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降解污水中聚丙烯酰胺的方法，具體是指油田污水、化工工業(yè)污水中降解聚丙烯酰胺的方法。
背景技術(shù)：
目前，我國大部分油田相繼進(jìn)入三次采油階段，使用聚丙烯酰胺進(jìn)行三次采油是最為典型的化學(xué)驅(qū)采油工藝，已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用。隨著油田聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用，含聚丙烯酰胺污水的產(chǎn)量在逐年增加。聚丙烯酰胺在為油田生產(chǎn)提高原油采收率的同時(shí)，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，造成采出水含油量嚴(yán)重超標(biāo)。含聚丙烯酰胺污水具有粘度高、油水分離難度大、可生化性差等特點(diǎn)，導(dǎo)致油、水分離和含油污水處理的難度加大，對環(huán)境的負(fù)面影響也越來越明顯。另外，殘留在環(huán)境中的聚丙烯酰胺會發(fā)生緩慢降解，釋放出有毒的丙烯酰胺單體，這將給生態(tài)環(huán)境帶來不可估量的長期危害。油田傳統(tǒng)的沉降-過濾回注處理工藝已不能滿足含聚丙烯酰胺污水處理的要求。因此，含聚丙烯酰胺污水的處理已經(jīng)成了一個(gè)亟待解決的問題。
對于含聚污水處理技術(shù)主要包括物理方法、化學(xué)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，但對污水中的高分子聚合物基本沒有去除效果，處理后的水根本達(dá)不到油田回注水的指標(biāo)。生物法則過程比較復(fù)雜，難于控制且具有較強(qiáng)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酰胺尚不成熟，現(xiàn)有工藝無法滿足降解聚丙烯酰胺要求。氧化法其原理是利用強(qiáng)氧化劑、光能或其他能量催化產(chǎn)生自由基引發(fā)自由基的連鎖反應(yīng)使長的聚丙烯酰胺分子鏈斷裂變成小分子有機(jī)物，最終被氧化降解為無機(jī)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(yùn)行費(fèi)用高，且易造成二次污染， 不適合大規(guī)模應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種降解污水中聚丙烯酰胺的方法，該方法將制備催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯酰胺污水溶液，通過超聲作用催化體系，從而有效降解污水中的聚丙烯酰胺，該方法具有操作簡單、降解快速、工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在含聚丙烯酰胺污水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明所述的一種降解污水中聚丙烯酰胺的方法，按下列步驟進(jìn)行a、制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，配制濃度為20_100g/L粘土懸浮液,在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌 12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的粘土材料按常規(guī)方法進(jìn)行離心分離、洗滌，得到催化劑金屬離子改性的粘土材料；b、污水中聚丙烯酰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酰胺污水溶液，在IO-IOOkHz超聲作用下，溫度0-60°C，降解1-30分鐘，按常規(guī)方法進(jìn)行離心分離出催化劑金屬離子改性粘土，將離心后的催化劑金屬離子改性粘土再次放入聚丙烯酰胺的污水中進(jìn)行降解，直至污水中聚丙烯酰胺降解完畢即可。步驟b催化劑金屬離子改性粘土的質(zhì)量濃度為O. 5-10g/L。步驟b聚丙烯酰胺污染物水溶液的質(zhì)量濃度為l-1000mg/L。步驟b聚丙烯酰胺污染物水溶液的體積為50_1000mL。
具體實(shí)施例方式為便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此，也不因各實(shí)施例的前后次序?qū)Ρ景l(fā)明造成任何限制。
實(shí)施例I
制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，配制濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的蒙脫土粘土材料進(jìn)行離心分離、洗滌，得到催化劑鐵離子改性的蒙脫石材料；
污水中聚丙烯酰胺的超聲降解
將得到的催化劑鐵離子改性粘土 O. 05g加入IOOmL質(zhì)量濃度為lmg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在IOkHz超聲作用下，溫度0°C，降解2分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)82%。對比試驗(yàn)及結(jié)果
將lrng/L的聚丙烯酰胺污水(IOOmL)直接用25kHz超聲波處理，時(shí)間20分鐘，降解效率僅為2% ；
將蒙脫石粘土 O. 05g加入IOOmL質(zhì)量濃度為lmg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用25kHz超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為lmg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用25kHz超聲波降解處理，時(shí)間2分鐘后降解效率達(dá)到了 82%。實(shí)施例2
稱取20g的高嶺石粘土材料分散到400mL去離子水中，配制濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的高嶺石粘土材料進(jìn)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(zhì)量濃度為100mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在20kHz超聲作用下，溫度10°C，降解5分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)75%
對比試驗(yàn)及結(jié)果
將100mg/L的聚丙烯酰胺污水(300mL)直接用20kHz超聲波處理，時(shí)間30分鐘，降解效率僅為3% ；
將高嶺石粘土 O. 2g加入300mL質(zhì)量濃度為100mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用20kHz超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為100mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用20kHz超聲波降解處理，時(shí)間2分鐘后降解效率達(dá)到了 75%。
實(shí)施例3稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到500mL去離子水中，配制濃度為75g/L的懸浮液,在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的凹凸棒粘土材料進(jìn)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(zhì)量濃度為150mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在40kHz超聲作用下，溫度20°C，降解10分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)80%對比試驗(yàn)及結(jié)果將150mg/L的聚丙烯酰胺污水(500mL)直接用40kHz超聲波處理，時(shí)間15分鐘，降解效率僅為3% ；將凹凸棒粘土 O. 5g加入500mL質(zhì)量濃度為150mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用40kHz 超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為150mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用40kHz超聲波降解處理，時(shí)間10分鐘后降解效率達(dá)到了 80%。
實(shí)施例4制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，配制濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的蒙脫土粘土材料進(jìn)行離心分離、洗滌，得到催化劑鎳離子改性的蒙脫石材料；污水中聚丙烯酰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(zhì)量濃度為500mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在60kHz超聲作用下，溫度40°C，降解15分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)85% 對比試驗(yàn)及結(jié)果將500mg/L的聚丙烯酰胺污水(800mL)直接用60kHz超聲波處理，時(shí)間20分鐘，降解效率僅為1% ；將蒙脫石粘土 O. 8g加入800mL質(zhì)量濃度為500mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用60kHz 超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為500mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用60kHz超聲波降解處理，時(shí)間15分鐘后降解效率達(dá)到了 85%。
實(shí)施例5稱取20g的高嶺石粘土材料分散到600mL去離子水中，配制濃度為50g/L的懸浮液，在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的高嶺石粘土材料進(jìn)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(zhì)量濃度為1000mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在IOOkHz超聲作用下，溫度60°C，降解10分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)80%
對比試驗(yàn)及結(jié)果
將1000mg/L的聚丙烯酰胺污水(600mL)直接用IOOkHz超聲波處理，時(shí)間30分鐘，降解效率僅為2% ；
將高嶺石粘土 Ig加入600mL質(zhì)量濃度為1000mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用IOOkHz超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為1000mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用IOOkHz超聲波降解處理，時(shí)間10分鐘后降解效率達(dá)到了 80%。實(shí)施例6
稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到IOOOmL去離子水中，配制濃度為75g/L的懸浮液，在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的凹凸棒粘土材料進(jìn)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(zhì)量濃度為800mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在80kHz超聲作用下，溫度50°C，降解7分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)70%
對比試驗(yàn)及結(jié)果
將800mg/L的聚丙烯酰胺污水(700mL)直接用80kHz超聲波處理，時(shí)間10分鐘，降解效率僅為1% ；
將凹凸棒粘土 0. 7g加入700mL質(zhì)量濃度為800mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用80kHz超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為800mg/L聚丙烯酰胺污水溶 液中，用80kHz超聲波降解處理，時(shí)間7分鐘后降解效率達(dá)到了 70%。實(shí)施例7
稱取15g的凹凸棒粘土材料分散到700mL去離子水中，配制濃度為75g/L的懸浮液,在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的凹凸棒粘土材料進(jìn)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(zhì)量濃度為400mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，在70kHz超聲作用下，溫度30°C，降解15分鐘，聚丙烯酰胺的降解效率可達(dá)60%
對比試驗(yàn)及結(jié)果
將400mg/L的聚丙烯酰胺污水(300mL)直接用70kHz超聲波處理，時(shí)間20分鐘，降解效率僅為2% ；
將凹凸棒粘土 0. 4g加入300mL質(zhì)量濃度為400mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用70kHz超聲波處理，時(shí)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(zhì)量濃度為400mg/L聚丙烯酰胺污水溶液中，用70kHz超聲波降解處理，時(shí)間15分鐘后降解效率達(dá)到了 60%。
權(quán)利要求
1.一種降解污水中聚丙烯酰胺的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行 a、制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，配制濃度為20_100g/L粘土懸浮液,在室溫下用機(jī)械攪拌器攪拌12小時(shí)，在4000轉(zhuǎn)的離心機(jī)中離心40分鐘后，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(shí)進(jìn)行離子交換，將交換后的粘土材料按常規(guī)方法進(jìn)行離心分離、洗滌，得到催化劑金屬離子改性的粘土材料； b、污染物中聚丙烯酰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酰胺污水溶液，在IO-IOOkHz超聲作用下，溫度0-60°C，降解1-10分鐘，按常規(guī)方法進(jìn)行離心分離出催化劑金屬離子改性粘土，將離心后的催化劑金屬離子改性粘土再次放入聚丙烯酰胺的污水中進(jìn)行降解，直至污水中聚丙烯酰胺降解完畢即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟b催化劑金屬離子改性粘土的質(zhì)量濃度為 O. 5-10g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟b聚丙烯酰胺污染物水溶液的質(zhì)量濃度為 O. 01-1000mg/Lo
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從污水中降解聚丙烯酰胺的方法，該方法將制備催化劑金屬離子改性粘土中加入聚丙烯酰胺污水溶液，通過超聲作用催化體系，從而有效降解污水中的聚丙烯酰胺，該方法具有操作簡單、降解快速、工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在含聚丙烯酰胺污水處理方面具有廣闊的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者李英宣, 王傳義, 賈漢忠 申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所