基于类沸石咪唑酯骨架结构材料吸附HPAM和SDS的性质研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yueliangjing
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聚驱、聚表二元驱的油田采出污水中含有大量的聚合物和表面活性剂,导致采出水经过除油后仍具有较高COD,若不进行深度处理直接排放会对生态环境造成极大影响。油田常见的处理方法是通过化学法或生物法氧化降解污水中的聚合物和表面活性剂,效果虽好但存在处理周期长等问题。物理吸附法能快速的富集处理污染物并且后续处理十分简便。类沸石咪唑酯骨架结构材料(Zeolitic Imidazole Frameworks简称ZIFs)因高比表面积,孔隙度高等优点,作为吸附材料用于水处理的研究已相当广泛。但目前为止,众多文献报道是关于ZIFs对于重金属、染料等小分子污染物的吸附,并没有文献探讨ZIFs对大分子污染物如部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和常见表活剂如十二烷基磺酸钠(SDS)等的吸附性质,本文则首次探讨了 ZIF-8对油田采出水中HPAM和SDS的吸附行为以及吸附机理,为聚驱(聚表二元驱)采出水处理提供一定参考。论文首先合成表征了三种ZIF-8。以Zn(NO3)2·6H2O为锌源,2-甲基咪唑为有机配体,分别在甲醇、纯水和氨水三种溶剂中合成了三种不同形貌的ZIF-8,包括正十二面体的ZIF-8(甲醇)、近球形的ZIF-8(纯水)和近立方体的ZIF-8(氨水);利用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析、Zeta电位分析、热重分析和BET分析等手段分析表征了三种ZIF-8的形貌以及材料特性。ZIF-8(甲醇)、ZIF-8(纯水)和ZIF-8(氨水)三种ZIF-8的平均粒径为0.8 μm,0.65 μm和0.9μm;ZIF-8(纯水)和ZIF-8(氨水)的Zn元素含量有21%,而ZIF-8(甲醇)只有14%;三种ZIF-8均带正电,ZIF-8(氨水)电位最高。接着论文研究了 ZIF-8对HPAM的吸附行为和吸附机理。首先分别考查了 ZIFs形貌、HPAM水解度、矿化度和pH等因素对ZIF-8静态吸附HPAM行为的影响。结果表明ZIF-8(氨水)对HPAM具有相对较高饱和吸附量,HPAM水解度越高,ZIF-8(氨水)吸附量越大且吸附量随水中NaC]浓度增加先增大后减小。接着分别考查了温度、流速、吸附剂加量和HPAM浓度等因素对ZIF-8动态吸附HPAM行为的影响。结果表明动态吸附量随温度上升,流速减小以及HPAM溶液浓度提高而增加,提高吸附剂加量能增大HPAM总吸附量,但单位质量吸附量会下降。通过研究ZIF-8吸附HPAM的热力学、动力学和吸附前后表面化学探讨了 ZIF-8吸附HPAM的机理:ZIF-8(氨水)通过其表面上Zn2+和NH+与HPAM羧基之间的螯合作用和静电吸引作用以及其表面咪唑环结构中N与HPAM中NH之间的氢键作用共同吸附HPAM。论文最后研究了 ZIF-8对SDS的吸附行为以及吸附机理。首先分别考查了 ZIFs形貌、矿化度和pH等因素对ZIF-8静态吸附SDS行为的影响。结果表明ZIF-8(氨水)对SDS具有相对较高饱和吸附量,ZIF-8(氨水)吸附量随NaCl浓度增加而减小,ZIF-8(氨水)的适用范围在pH=6~10。接着分别考查了温度、流速、吸附剂加量和SDS浓度等因素对ZIF-8动态吸附SDS行为的影响。结果表明动态吸附量随温度上升和流速减小而提高,增大SDS溶液的浓度和提高吸附剂加量会降低ZIF-8(氨水)的吸附量。通过研究ZIF-8吸附SDS的热力学、动力学和吸附前后表面化学探讨了 ZIF-8吸附SDS的机理,机理为ZIF-8(氨水)通过NH+与SDS磺酸根之间的螯合作用与静电作用吸附SDS分子。
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