CN113000029B - 一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法 - Google Patents

一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于农业秸秆纤维的高性能脱汞疏油过滤纤维膜及其制备方法，本发明利用价廉、易得的天然植物纤维(秸秆)为原料，通过简单的水热预处理、强化汞离子靶向吸附、有机无机复合纤维强化和疏油改性系列方法，制备得到的适用于油气田污水中含有的汞离子吸附以及汞悬浮物(包含单质汞)过滤去除的生物基纤维膜，同时对油及有机聚合物等与水具有良好的分离性能。

Description

一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜 的制备方法
技术领域
本发明涉及秸秆纤维吸附过滤膜的制备领域技术领域，尤其涉及适用于油气田领域同时具有除汞、疏油以及悬浮物过滤性能的复合纤维膜的制备方法。
背景技术
随着高含汞油气田的生产和开发，天然气等经过脱汞处理后汞富集在油气田污水中，含汞油气田污水成分复杂，含有悬浮物、油、汞等，含汞油气田水可能破坏生态环境、影响正常生产和危害操作人员健康。我国油气田含汞污水排放须遵循GB8978—1996《污水综合排放标准》、陆上石油天然气开采工业污染物排放标准以及Q/SY TZ 0086-2017等的规定：含汞油气田排放水中不得检出烷基汞，总汞含量不高于0.05mg/L，含油量不高于5mg/L，悬浮固体含量不高于2mg/L。然而在油气田污水环境中汞、油以及聚合物并不是单一存在的，而是相互影响，相互作用，从而影响汞在环境中的赋存形态。例如在该环境中汞易和有机物形成络合物，或油中包汞等状态。目前针对油气田污水中汞去除的现有技术中最广泛使用的汞处理方法是化学沉淀-絮凝法，该方法需要投放大量重金属捕捉剂，产生大量含汞含油危废，并且由于油和聚合物的存在导致直接捕捉汞离子的效率低。与化学沉淀-絮凝法相比，吸附法具有高效性，被视为最有实用价值和推广潜力的技术，但目前几乎所有研究资料与专利产品所研发的吸附剂都需要对污水进行高级氧化、电化学以及膜过滤等各种预处理，尤其是在油气田领域，对吸附剂段进水水质要求苛刻，同时价格过高导致实际应用困难。所以强化汞离子靶向吸附、以及疏油改性等制备得到的适用于油气田污水中含有的汞离子吸附以及汞悬浮物(包含单质汞)过滤去除的材料具有十分重要的意义。同时我国作为一个农业大国，每年都会产生大量的废弃农业秸秆，他们具有易得、量大、可生物降解、环境友好等特点，对秸秆资源化利用开辟了一条合理利用的新途径，具有极大的社会效益和生态效益。本发明主要针对油气田含汞污水的处理，只需一步即可去除废水中的乳化油、有机聚合物、汞离子、汞悬浮物(包含单质汞)以及悬浮固体。
发明内容
为解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，解决了油气田污水中复杂恶劣工况下对汞去除效果差、处理不达标的问题。
具体技术方案如下：
一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将秸秆原料放入蒸煮罐内，加入自来水蒸煮，然后粉碎、筛分后得到秸秆纤维悬浮液；
2)将筛分后的秸秆纤维悬浮液用碱液进行碱洗1h～24h去除杂质，将秸秆纤维悬浮液通过抽滤装置滤出，再用水清洗，直至滤液呈中性；
3)碱洗、抽滤、水洗后的秸秆纤维用乙醇配置5wt％～25wt％的制膜悬浮液，然后向其添加多胺螯合剂和聚乙烯醇进行胺化反应处理，并将混合物搅拌均匀化10min～60min；
4)将海泡石纤维添加进混合物中机械搅拌1min～60min以获得均匀悬浮液；
5)然后向均匀悬浮液中添加两性氟表面活性剂，并在室温下将该混合物磁力搅拌10min～60min；
6)将正硅酸乙酯添加到悬浮液中，然后进行磁力搅拌直到正硅酸乙酯完全水解；
7)滴加硅烷偶联剂，在常温下连续搅拌1h～24h，得到产品悬浮液；
8)抽滤并用水洗涤至中性，鼓暖风风干制备得到生物基吸附过滤纤维膜。
优选为，所述步骤1)中，秸秆与自来水的固液比1:5～1:10；蒸煮温度在150℃～200℃，时间为10min～60min。
优选为，所述步骤1)中，粉碎、筛分后秸秆纤维悬浮液中秸秆长度在0.5mm～1.5mm，宽度在20μm～40μm。
优选为，步骤1)中秸秆原料为玉米秸秆、稻草秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、辣椒秸秆中任意一种或任意几种混合。
优选为，所述步骤2)中碱液为氢氧化钠、氢氧化钾以及氨水中任意一种或任意几种混合；浓度为0.5mol/L～10mol/L。
优选为，所述步骤3)中多胺螯合剂为四甲基乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中任意一种或任意几种混合，占制膜悬浮液总量1wt％～10wt％；聚乙烯醇占制膜悬浮液总量0.1wt％～10wt％。
优选为，所述步骤4)中海泡石纤维占制膜悬浮液总量0.05wt％～5wt％。
优选为，所述步骤5)中两性氟表面活性剂为杜邦Capstone FS-50两性氟表面活性剂；占制膜悬浮液总量0.1wt％～10wt％。
优选为，所述步骤6)中正硅酸乙酯占制膜悬浮液总量0.1wt％～10wt％。
优选为，所述步骤7)中硅烷偶联剂占制膜悬浮液总量0.1wt％～10wt％。
本发明的有益效果：
以廉价、量大、易得、孔道结构丰富、吸附性能良好且易改性的天然农业秸秆纤维为原料，根据本发明方法制备得到的秸秆纤维疏油吸汞材料不仅成本低、可生物降解性，同时可一步去除废水中的乳化油、有机聚合物、汞离子、汞悬浮物(包含单质汞)以及悬浮固体。
另外海泡石纤维的添加不但可以增加纤维膜强度，其在矿物中的高吸附性能也可增强对汞元素的吸附。而聚乙烯醇粘结剂的加入克服了海泡石纤维缺乏羟基及氨基的缺点，增加了与秸秆纤维的结合力，发挥了无机有机纤维各自的优势。
同时利用两性氟表面活性剂等改性方法对秸秆纤维进行亲水疏油改性，操作简单、成本低，还可实现亲水疏油吸汞性能，在油气田污水中汞去除回收治理方面具有显著的竞争优势。
具体实施方式：
实施例1
将棉花秸秆原料放入蒸煮罐内，按照固液比1:5往罐内加入自来水在150℃温度下蒸煮45min，然后粉碎、筛分后得到长度在0.9mm，宽度在25μm的棉花秸秆纤维悬浮液。
将筛分后的棉花秸秆纤维悬浮液用0.5mol/L的氢氧化钠进行碱洗12h去除杂质，将棉花秸秆纤维悬浮液通过抽滤装置滤出，再用水清洗，直至滤液呈中性。
碱洗抽滤水洗后的棉花秸秆纤维用乙醇配置20wt％的制膜悬浮液，然后向其添加占制膜悬浮液总量5wt％的四甲基乙二胺螯合剂和1wt％的聚乙烯醇进行胺化反应处理，并将混合物搅拌均匀化45min。
将占制膜悬浮液总量0.1wt％的海泡石纤维添加进混合物中机械搅拌45min以获得均匀悬浮液；
然后向悬浮液中添加占制膜悬浮液总量3wt％杜邦Capstone FS-50两性氟表面活性剂，并在室温下将该混合物磁力搅拌45min；
将占制膜悬浮液总量3wt％正硅酸乙酯添加到悬浮液中，然后进行磁力搅拌直到正硅酸乙酯完全水解；
滴加占制膜悬浮液总量1wt％的硅烷偶联剂，在常温下连续搅拌12h，得到产品悬浮液；
抽滤并用水洗涤至中性，鼓暖风风干制备得到棉花秸秆基吸附过滤纤维膜。
制得棉花秸秆基吸附过滤纤维膜对新疆区域某含汞气田水进行处理，结果如下表：
Figure GDA0003899929780000041
实施例2
将稻草秸秆原料放入蒸煮罐内，按照固液比1:10往罐内加入自来水在200℃温度下蒸煮60min，然后粉碎、筛分后得到长度在1mm，宽度在30μm的稻草秸秆纤维悬浮液；
将筛分后的稻草秸秆纤维悬浮液用5mol/L的氢氧化钾进行碱洗1h去除杂质，将稻草秸秆纤维悬浮液通过抽滤装置滤出，再用水清洗，直至滤液呈中性；
碱洗抽滤水洗后的稻草秸秆纤维用乙醇配置25wt％的制膜悬浮液，然后向其添加占制膜悬浮液总量1wt％的二乙烯三胺的多胺螯合剂和0.1wt％的聚乙烯醇进行胺化反应处理，并将混合物搅拌均匀化30min；
将占制膜悬浮液总量0.05wt％的海泡石纤维添加进混合物中机械搅拌30min以获得均匀悬浮液；
然后向悬浮液中添加占制膜悬浮液总量0.1wt％杜邦Capstone FS-50两性氟表面活性剂，并在室温下将该混合物磁力搅拌30min；将占制膜悬浮液总量0.1wt％正硅酸乙酯添加到悬浮液中，然后进行磁力搅拌直到正硅酸乙酯完全水解；
滴加占制膜悬浮液总量3wt％的硅烷偶联剂，在常温下连续搅拌1h，得到产品悬浮液；
抽滤并用水洗涤至中性，鼓暖风风干制备得到稻草秸秆基吸附过滤纤维膜。
制得的稻草秸秆基吸附过滤纤维膜对新疆区域某含汞气田水进行处理，结果如下表：
Figure GDA0003899929780000051
实施例3
将玉米秸秆原料放入蒸煮罐内，按照固液比1:8往罐内加入自来水在180℃温度下蒸煮60min，然后粉碎、筛分后得到长度在1.5mm，宽度在40μm的玉米秸秆纤维悬浮液；
将筛分后的秸秆纤维悬浮液用10mol/L的氨水进行碱洗24h去除杂质，将玉米秸秆纤维悬浮液通过抽滤装置滤出，再用水清洗，直至滤液呈中性；
碱洗抽滤水洗后的秸秆纤维用乙醇配置10wt％的制膜悬浮液，然后向其添加占制膜悬浮液总量1wt％的四乙烯五胺的多胺螯合剂和5wt％的聚乙烯醇进行胺化反应处理，并将混合物搅拌均匀化60min；
将占制膜悬浮液总量5wt％的海泡石纤维添加进混合物中机械搅拌60min以获得均匀悬浮液；
然后向悬浮液中添加占制膜悬浮液总量5wt％的杜邦Capstone FS-50两性氟表面活性剂，并在室温下将该混合物磁力搅拌60min；
将占制膜悬浮液总量5wt％正硅酸乙酯添加到悬浮液中，然后进行磁力搅拌直到正硅酸乙酯完全水解；
滴加占制膜悬浮液总量5wt％的硅烷偶联剂，在常温下连续搅拌24h，得到产品悬浮液；
抽滤并用水洗涤至中性，鼓暖风风干制备得到玉米秸秆基吸附过滤纤维膜。
制得的玉米秸秆基吸附过滤纤维膜对东北区域某含汞油气田水进行处理，结果如下表：
Figure GDA0003899929780000052
Figure GDA0003899929780000061
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将秸秆原料放入蒸煮罐内，加入自来水蒸煮，然后粉碎、筛分后得到秸秆纤维悬浮液；
2）将筛分后的秸秆纤维悬浮液用碱液进行碱洗去除杂质，将秸秆纤维悬浮液通过抽滤，再用水清洗，直至滤液呈中性；
3）碱洗、抽滤、水洗后的秸秆纤维用乙醇配置5wt%～25wt%的制膜悬浮液，然后向其添加多胺螯合剂和聚乙烯醇进行胺化反应处理，并将混合物搅拌均匀化；
4）将海泡石纤维添加进混合物中搅拌以获得均匀悬浮液；
5）然后向均匀悬浮液中添加两性氟表面活性剂，并在室温下将该混合物搅拌10min～60min；
6）将正硅酸乙酯添加到悬浮液中，然后进行搅拌直到正硅酸乙酯完全水解；
7）滴加硅烷偶联剂，在常温下连续搅拌1h～24h，得到产品悬浮液；
8）抽滤并用水洗涤至中性，鼓暖风风干制备得到生物基吸附过滤纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，秸秆与自来水的固液比1:5～1:10；蒸煮温度在150℃～200℃，时间为10 min～60min。
3.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，粉碎、筛分后秸秆纤维悬浮液中秸秆长度在0.5mm～1.5mm，宽度在20μm～40μm。
4.根据权利要求1所述的适用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中秸秆原料为玉米秸秆、稻草秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、辣椒秸秆中任意一种或任意几种混合。
5.根据权利要求1所述的适用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中碱液为氢氧化钠、氢氧化钾以及氨水中任意一种或任意几种混合；浓度为0.5mol/L～10mol/L。
6.根据权利要求1所述的适用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中多胺螯合剂为四甲基乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中任意一种或任意几种混合，占制膜悬浮液总量1wt%～10wt%；聚乙烯醇占制膜悬浮液总量0.1wt%～10wt%。
7.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中海泡石纤维占制膜悬浮液总量0.05wt%～5wt%。
8.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中两性氟表面活性剂为杜邦Capstone FS-50两性氟表面活性剂；占制膜悬浮液总量0.1wt%～10wt%。
9.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤6）中正硅酸乙酯占制膜悬浮液总量0.1wt%～10wt%。
10.根据权利要求1所述的一种用于油气田污水中汞去除回收的生物基吸附过滤纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤7）中硅烷偶联剂占制膜悬浮液总量0.1wt%～10wt%。
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