CN112225285B - 一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，包括，将活性炭原料置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡6～8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入Fe(NO3)3溶液中浸泡10～12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，高温热处理3～4h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭；取浓度为400～900mg/L的聚丙烯酰胺水溶液，加热到50～60℃后，投加所述吸附活性炭，并通入臭氧，搅拌反应15～20min，即得低聚丙烯酰胺含量水溶液。
Description
技术领域
本发明属于油田废水处理领域，具体涉及到一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法。
背景技术
用化学物质来改变二次采油基础上的驱替相和水油界面的性质或者原油的物理性质，以便可以开采出更多的石油，称为三次采油。20世纪90年代初到至今，三次采油的技术在全世界得到了很快的发展，我国大部分油田也早以进入了三次采油阶段，其中聚丙烯酰胺驱油技术因聚丙烯酰胺相对分子质量高，并且其低浓度水溶液又具有高粘度性使得该技术应用较为广泛。聚丙烯酰胺让油田的采收率大大提高了，然而另一方面，它使得采出污水的粘度和乳化程度都升高了，带来了严重的水质污染。
活性炭(Activated Carbon)是一种具有疏松多孔结构和较大内部比表面积的材料。由于其较大的比表面积，孔隙结构，良好的吸附能力和表面活性，耐酸碱和可高温加热，以及原料来源易得，从而经常被选用做多功能吸附剂。然而普通活性炭的微孔结构不理想，吸附选择性较差，表面官能团活性降低，吸附能力和催化活性有限。
目前，对油田采出水中聚丙烯酰胺，主要有生物降解法、化学絮凝法等，但是此类处理方式处理效果较差，且工艺繁杂。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，包括，将活性炭原料置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡6～8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入Fe(NO3)3溶液中浸泡10～12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，高温热处理3～4h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭；取浓度为400～900mg/L的聚丙烯酰胺水溶液，加热到50～60℃后，投加所述吸附活性炭，并通入臭氧，搅拌反应15～20min，即得低聚丙烯酰胺含量水溶液；其中，臭氧流量为4～6L/min，吸附活性炭的浓度为1.2～2.4g/L，搅拌转速为250～550r/min，聚丙烯酰胺水溶液的初始pH为5～11。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述活性炭原料，其粒径为200～300目。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述烘干即得预处理的活性炭，其中，烘干温度为105℃，烘干时间3h。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述Fe(NO3)3溶液，其浓度为0.5mol/L。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述高温热处理3～4h，其中，处理温度为500～600℃。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述聚丙烯酰胺水溶液，其中，聚丙烯酰胺水溶液的初始pH为7，聚丙烯酰胺水溶液浓度为400mg/L。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述吸附活性炭的浓度为2g/L。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述加热反应温度为50℃，搅拌反应时间为20min，搅拌转速为450r/min。
作为本发明所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法的一种优选方案，其中：所述臭氧流量为5L/min。
本发明有益效果：
(1)本发明提供一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，通过活性炭的特定预处理方式，结合臭氧的作用，实现良好的催化脱聚丙烯酰胺效果。
(2)本发明通过优选活性炭的特定预处理方式：先盐酸浸泡，加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，500℃高温热处理3h得到的改性活性炭，结合在处理过程中臭氧的作用，并优选臭氧流量为5L/min、搅拌转速为450r/min、初始pH值7.4、活性炭催化剂浓度为2g/L、PAM初始浓度为400mg/L，共同作用，实现最佳的催化脱聚丙烯酰胺效果。
(3)本发明提供一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，发现有活性炭参与的臭氧氧化处理过程明显优于单独臭氧化效果，这是因为水溶液中活性炭不仅可以吸附溶液中的有机物，也有促进臭氧分解产生·OH的能力，活性炭表面的活性部位和反应中心能吸附溶液中的臭氧和有机物，臭氧分子和活性炭表面的活性部位相互作用产生大量的·O和·OH，这些自由基几乎无选择性地与有机分子形成活性中间体，使得反应的活化能大为降低，使得PAM降解率增加，但是当臭氧流量超过一定的数值后，大量过量的臭氧会参与·OH的淬灭反应，使得参与反应的·OH的数量减少，从而影响PAM的降解变化，本发明优选最佳臭氧流量为5L/min。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1中不同处理方式对PAM降解率影响对比图。
图2为本发明实施例2中不同臭氧流量对PAM降解率影响对比图。
图3为本发明实施例3中不同搅拌转速对PAM降解率影响对比图。
图4为本发明实施例4中不同处理温度对PAM降解率影响对比图。
图5为本发明实施例5中溶液初始pH对PAM降解率影响对比图。
图6为本发明实施例6中催化剂(活性炭)浓度对PAM降解率影响对比图。
图7为本发明实施例7中PAM初始浓度对PAM降解率影响对比图。
图8为本发明实施例8中不同改性方式活性炭获得的电镜扫描对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
标准曲线：取2mL的蒸馏水的空白对照组，加入4mL冰醋酸(c＝5mol/L)，摇匀，静置1min后加入4mL次氯酸钠溶液(w＝0.461％)，摇匀后静置20min作为参比溶液。用石英比色皿在300nm处测定吸光度，PAM浓度为横坐标，吸光度作为纵坐标，绘制标准曲线，标准曲线方程为:
y＝0.00024x+0.000003 (式1)
(R2＝0.99617)
所以，A0＝0.421Abs，A2＝A1－0.421
即Cx＝(A2－0.00003)/0.00024
A0－参比溶液吸光度，Abs；
A1－样品直接测出的吸光度，Abs；
A2－样品实际吸光度，Abs；
C0－第一次取样样品浓度，mg/L；
Cx－间歇取样的系列浓度，mg/L；
D－降解率。
实施例1
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为40℃，活性炭浓度为1.2g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下：
(1)加入催化剂1.2g/L，不通臭氧，研究此条件下聚丙烯酰胺降解率的变化；
(2)通入臭氧5L/min，不加催化剂，研究此条件下聚丙烯酰胺降解率的变化；
(3)加入催化剂1.2g/L，并且通入臭氧5L/min，研究此条件下聚丙烯酰胺降解率的变化；所得结果如下图1所示。
由图1可以看到，有活性炭参与的臭氧氧化处理过程明显优于单独臭氧化效果。这是因为水溶液中活性炭不仅可以吸附溶液中的有机物，也有促进臭氧分解产生·OH的能力。活性炭表面的活性部位和反应中心能吸附溶液中的臭氧和有机物，臭氧分子和活性炭表面的活性部位相互作用产生大量的·O和·OH，这些自由基几乎无选择性地与有机分子形成活性中间体，使得反应的活化能大为降低，使得PAM降解率增加。
实施例2
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
臭氧流量的影响：
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，分别通入臭氧流量为4L/min、5L/min、6L/min、7L/min，研究不同臭氧流量对聚丙烯酰胺降解率的影响，所得结果如下图2所示。
由图2可知，随着臭氧流量由4L/min增加到6L/min，聚丙烯酰胺降解率也随之增加。但是臭氧流量为7L/min时聚丙烯酰胺降解率反而下降。在一定的臭氧流量范围内，随着臭氧流量的增大，臭氧在水中的溶解度升高，·OH的产率也升高，从而使PAM降解得更快；但对于体积一定的反应体系，臭氧在溶液中的溶解度是一定的，当臭氧在溶液中达到饱和状态时，臭氧量对反应体系来说是过量的，从而在该条件下可以不考虑臭氧量对反应的影响；当臭氧流量超过一定的数值后，大量过量的臭氧会参与·OH的淬灭反应，使得参与反应的·OH的数量减少，从而影响PAM的降解变化。由图可以得到，臭氧流量大于5L/min后降解率影响是很小的，所以本发明优选最佳臭氧流量为5L/min。
实施例3
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
搅拌转速的影响：
PAM浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，通入臭氧流量为5L/min，调节机械搅拌器转速分别为250r/min、350r/min、450r/min、550r/min，研究在转速因素下聚丙烯酰胺降解率的变化，所得结果如下图3所示。
由图3可知，随着转速的增加，聚丙烯酰胺的降解率也随之升高。这是因为反应通过机械作用提高了O3进入溶液的传质速率，加速O3分解产生更多的具有更高活性的自由基如·OH，提高了聚丙烯酰胺降解率。但是由图也看出，转速大于350r/min搅拌的影响不大，为了方便实验进行，最佳转速控制为450r/min。
实施例4
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
温度的影响：
PAM浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，活性炭浓度为2.0g/L，通入臭氧流量为5L/min，机械搅拌转速为450r/min的条件下，设置油浴温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃，研究在温度因素下聚丙烯酰胺降解率的变化，所得结果如下图4所示。
由图4可知，随着反应温度升高，聚丙烯酰胺的降解率也不断上升。温度为30℃的时候，反应速率较慢，降解速率也较低。当温度提高到40℃、50℃、60℃的时候，聚丙烯酰胺的降解速率有了很大的提升。这是因为提高反应温度，可以增加反应的活化分子数，从而使得聚丙烯酰胺降解率增加。虽然60℃比50℃前15min降解速率快，但是最后降解率两者仅相差3％，所以最佳温度控制在50℃。
实施例5
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
溶液初始pH的影响：
PAM浓度为500mg/L，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，通入臭氧量为5L/min，机械搅拌转速为450r/min的条件下，分别调节聚丙烯酰胺初始pH值为5、7、8、9、11，研究在初始pH因素下聚丙烯酰胺降解率的变化，得到结果如下图5所示。
由图5可以看到，随着初始pH值的增加，聚丙烯酰胺的降解率反而降低。当pH＝11时，聚丙烯酰胺降解率很低。当初始pH＝4～7时，聚丙烯酰胺降解率比初始pH＝8～10有了大大地提高。分析原因是：PAM的存在形式与溶液pH有关，PAM每一链节中均含有一个酰胺基(－CONH2)，酰胺基带负电荷，之间有氢键作用，在酸性条件下PAM线形分子卷曲程度最佳，此时与·O H接触更充分，所以聚丙烯酰胺降解率更大。
聚丙烯酰胺降解率也是随着pH的升高反而下降，但是在pH为4到7的降解率差别很小，由于空白实验聚丙烯酰胺pH＝7.4，即聚丙烯酰胺呈中性，考虑到实际生产运用中需要加入大量酸来调节pH，并且需要经过二次处理，如图也可以得到同样的结果，即最佳pH＝7，为了方便实验进行，在后面的单因素实验中pH都为7.4。
实施例6
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
催化剂(活性炭)浓度的影响：
PAM浓度为500mg/L，温度为50℃，初始pH＝7.4，通入臭氧量为5L/min，机械搅拌转速为450r/min，分别加入浓度为1.2g/L、1.6g/L、2.0g/L、2.4g/L的活性炭作催化剂的条件下，研究在催化剂浓度的因素下聚丙烯酰胺降解率的变化，所得结果如下图6所示。
由图6可以得到，随着催化剂(活性炭)浓度由1.2g/L增加到2.4g/L，聚丙烯酰胺的降解率也随之增加。活性炭表面的活性部位和反应中心能吸附溶液中的臭氧和有机物，臭氧分子和活性炭表面的活性部位相互作用产生大量的·O和·OH，这些自由基几乎无选择性地与有机分子形成活性中间体，使得反应的活化能大为降低。所以增大活性炭的用量，意味着提供了更大的反应界面，活化能降低得越多。在反应前期，发生吸附降解和氧化反应，聚丙烯酰胺降解率随反应进行明显增大。反应后期主要发生氧化反应，其降解效果变化缓慢。如图6，催化剂浓度为2.0g/L和2.4g/L降解率仅相差2％，所以最佳催化剂浓度为2g/L。
实施例7
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度的影响：
温度为50℃，初始PH＝7.4，活性炭浓度为2.0g/L，通入臭氧量为5L/min，机械搅拌转速为450r/min，研究PAM初始浓度依次为400mg/L、500mg/L、600mg/L、700mg/L、800mg/L、900mg/L的条件下，研究PAM初始浓度因素对聚丙烯酰胺降解率的变化，所得结果如下图7所示。
由图7所示，随着PAM初始浓度的增加，聚丙烯酰胺的降解率反而降低了。初始浓度为400mg/L时，前10min的降解速率是最快的。这是因为同样的反应条件下，臭氧分子和活性炭表面的活性部位相互作用产生的·O和·OH一样多，低浓度聚丙烯酰胺相对于高浓度聚丙烯酰胺来说有更多与之接触的·O和·OH。所以聚丙烯酰胺的降解率必定会更大。
实施例8
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性炭加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
(1)未改性活性炭：粒径为300目的活性炭；
(2)酸改性活性炭：将(1)中活性炭原料置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡6～8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干得到的活性炭；
(3)高温煅烧后的改性活性炭：将(2)中制得的酸处理后活性炭，加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，500℃高温热处理3h得到的改性活性炭。
(1)、(2)、(3)制得的活性碳扫描电镜图，结果如图8所示，从左到右依次为未改性活性炭、酸改性后活性炭、高温煅烧后的改性活性炭。从图8可以看出，未改性活性炭的结构中微孔结构闭塞，比表面积较小；而酸改性后的活性炭微孔结构虽然通畅，但是比起高温煅烧改性的活性炭孔隙通道变窄。分析原因可能是酸性溶液破坏活性炭结构导致孔道坍塌。通过高温煅烧之后改性活性炭孔道增大，比表面积较大。
实施例9
试验一：
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为82.3％。
试验二：
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为52.4％。
试验三：
将活性炭原料(300目)置于体积分数为水溶液中，浸泡8h，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为59.1％。
实施例10
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为61.8％。
实施例11
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.8mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为76.9％。
对比例1
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入质量分数为2％的硝酸铜溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为71.4％。
对比例2
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入质量分数为2％的硝酸银溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，500℃高温热处理3h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为68.4％。
对比例3
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，600℃高温热处理5h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为62.4％。
对比例4
将活性炭原料(300目)置于体积分数为10％的盐酸溶液中，浸泡8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；将预处理之后的活性加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭；将改性后活性炭在N2保护氛围下，400℃高温热处理2h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭催化剂；
PAM初始浓度为500mg/L，初始pH＝7.4，温度为50℃，活性炭浓度为2.0g/L，机械搅拌转速为450r/min的条件下，通入臭氧流量为5L/min，计算聚丙烯酰胺降解率(20min)为55.8％。
本发明通过优选活性炭的特定预处理方式：先盐酸浸泡，加入0.5mol/L的Fe(NO3)3溶液中浸泡12h后，500℃高温热处理3h得到的改性活性炭，结合在处理过程中臭氧的作用，并优选臭氧流量为5L/min、搅拌转速为450r/min、初始pH值7.4、活性炭催化剂浓度为2g/L、PAM初始浓度为400mg/L，共同作用，实现最佳的催化脱聚丙烯酰胺效果。
本发明提供一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，发现有活性炭参与的臭氧氧化处理过程明显优于单独臭氧化效果，这是因为水溶液中活性炭不仅可以吸附溶液中的有机物，也有促进臭氧分解产生·OH的能力，活性炭表面的活性部位和反应中心能吸附溶液中的臭氧和有机物，臭氧分子和活性炭表面的活性部位相互作用产生大量的·O和·OH，这些自由基几乎无选择性地与有机分子形成活性中间体，使得反应的活化能大为降低，使得PAM降解率增加，但是当臭氧流量超过一定的数值后，大量过量的臭氧会参与·OH的淬灭反应，使得参与反应的·OH的数量减少，从而影响PAM的降解变化，本发明优选最佳臭氧流量为5L/min。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：包括，
将活性炭原料置于体积分数为10 %的盐酸溶液中，浸泡6~8h，用去离子水洗至中性，抽滤后，烘干即得预处理的活性炭；
将预处理之后的活性加入 Fe(NO3)3溶液中浸泡10~12 h后，水洗抽滤至中性，烘干即得改性后活性炭，所述Fe(NO3)3溶液，其浓度为0.5mol/L；
将改性后活性炭在N2保护氛围下，高温热处理3~4 h，并在N2保护下降温至室温取出，即得吸附活性炭，其中，处理温度为500~600℃；
取浓度为400~900 mg/L的聚丙烯酰胺水溶液，加热到50~60℃后，投加所述吸附活性炭，并通入臭氧，搅拌反应15~20min，即得低聚丙烯酰胺含量水溶液；其中，臭氧流量为5L/min，吸附活性炭的浓度为1.2 ~2.4 g/L，搅拌转速为250~550 r/min，聚丙烯酰胺水溶液的初始pH为5~11。
2.如权利要求1所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：所述活性炭原料，其粒径为200~300目。
3.如权利要求1所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：所述烘干即得预处理的活性炭，其中，烘干温度为105℃，烘干时间3h。
4.如权利要求1~3中任一所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：所述聚丙烯酰胺水溶液，其中，聚丙烯酰胺水溶液的初始pH为7，聚丙烯酰胺水溶液浓度为400mg/L。
5.如权利要求1~3中任一所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：所述吸附活性炭的浓度为2 g/L。
6.如权利要求1~3中任一所述利用改性活性炭去除油田采出水中污染物的方法，其特征在于：所述加热反应温度为50℃，搅拌反应时间为20min，搅拌转速为450 r/min。
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| GR01 | Patent grant | ||
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