北極星環保網訊:通過對高分子聚合物在水溶液中的有效粒徑和Zeta 電位的研究，探討了無機鹽對高分子聚合物絮凝性 能的影響。 研究結果表明：無機鹽的存在對高分子聚合物的絮凝性能有不利影響，但隨著無機鹽濃度的增加，無機鹽 對高分子聚合物絮凝性能的不利影響有減弱趨勢。 就油田汙水處理而言，低含鹽情況下，應優先選用非離子聚合物 作為絮凝劑;高含鹽情況下，應優先選用陽離子聚合物作為絮凝劑。
油田採出水的處理一直是油田生產過程中的重 要組成部分。 在眾多油田採出水處理方法中，採用 有機高分子絮凝劑處理採油採出水具有用量小、絮 凝能力強、產生浮渣少、效率高等優點，已成為油田 採出水處理工藝中的重要一環。 近年來，針對油田 採出水處理的高分子絮凝劑發展迅速，新產品不斷 問世，形成了類型齊全、規格品種系列化的新興精細 化工領域。 由於油田汙水多具有高礦化度、高電導 率等特點，因此就油田採出水處理而言，研究無機鹽 對有機高分子聚合物絮凝性能的影響具有至關重要 的意義。
1 實驗部分
1.1 實驗原理
關於高分子絮凝劑的絮凝機理，一般有 2 種理論，一種理論歸因於顆粒間的橋連作用，另一種 則認為是顆粒表面壓縮雙電層及電荷中和所致。從聚合物絮凝機理上來講，非離子、陰離子聚丙烯醯胺 的絮凝作用均是以吸附架橋為主; 陽離子聚丙烯醯 胺的絮凝作用則由吸附架橋、 電荷中和及壓縮雙電 層等多種因素共同起作用。同等濃度下，高分子 絮凝劑在水溶液中形成的有效粒徑大小直接關係橋 連作用的強弱，有效粒徑越大，吸附架橋作用越 強;
聚合物表面的 Zeta 電位直接反映的是聚合物 的電中和及壓縮雙電層作用的強弱，Zeta 電位越高，電中和及壓縮雙電層作用越強，因此高分子聚合物在水溶液中呈現出的有效粒徑及 Zeta 電位的變 化直接反映了聚合物在水溶液中絮凝能力的強弱。 筆者以系列聚丙烯醯胺類絮凝劑為研究對象，通過研究其在水溶液中的有效粒徑及Zeta 電位的變化，考察了不同絮凝劑在水溶液中的狀態特點，同時，根據油田採出水礦化度高的特點，著重分析討論了無機鹽濃度對不同類型聚合物絮凝性能的影響。
1.2 主要試劑
系列聚丙烯醯胺類絮凝劑，化學純，法國 SNF 公司;NaCl、NaOH、HCl，分析純，天津市化學試劑三 廠;去離子水，自製。
1.3 主要儀器及實驗方法
本實驗高分子聚合物在水溶液中的有效粒徑 及 Zeta 電位的測定均採用英國 Manern 公司的 Zetasizer4 粒度與 Zeta 電位測量儀。 實驗過程中，以 NaCl 來配製不同濃度的鹽水溶液， 鹽水 pH 均調為 6.5，測量溫度為 20 ℃，聚合物質量分數均為1.0%， Zeta 電位的平均誤差為2%。
2 實驗結果與討論
2.1 非離子聚丙烯醯胺在鹽水溶液中的絮凝性能 選取相對分子質量分別為200萬、300 萬、500 萬、 800 萬及 1 300 萬 5 種不同的非離子聚丙烯醯胺， 分別考察了鹽濃度對其在水溶液中的有效粒徑及 Zeta 電位的影響，結果如圖 1、圖 2 所示。
從圖 1 和圖2 可以看出，相同鹽濃度下，相對分 子質量越大，非離子聚丙烯醯胺在水溶液中的有效粒徑越大， 同時其在水溶液中呈現出的 Zeta 電位 (為負值)越小。 這是因為聚丙烯醯胺在水溶液中的 有效粒徑大小主要決定於分子鏈的長短， 相對分子 質量越大，其在水溶液中所佔空間越大，有效粒徑就 越大;同時聚丙烯醯胺鏈上的醯氨基—CONH2 是以 氫鍵為主的強吸附基團， 它能夠吸附溶液中的氯離 子使整個聚合物鏈帶負電荷，相對分子質量越大，聚 合物鏈越長，對溶液中的負離子的吸附能力就越強， 表現出 Zeta 電位越負。 隨著鹽濃度的增加，不同相 對分子質量的非離子聚丙烯醯胺在水溶液中的有效 粒徑及 Zeta 電位均逐漸減小，當鹽質量濃度為 5 000～10 000 mg/L 時， 鹽濃度對非離子聚丙烯醯胺 在水溶液中的有效粒徑及 Zeta 電位的影響較強;當 鹽質量濃度為 10 000～50 000 mg/L 時， 鹽濃度對非 離子聚丙烯醯胺在水溶液中的有效粒徑及 Zeta 電 位的影響逐漸變弱。 這是因為聚丙烯醯胺本身的吸 附作用，會使聚合物線團略帶負電性，當體系中存在 大量的氯離子時，由於氯離子的半徑較大，會對帶負 電的聚合物線團有壓縮效應， 這種壓縮作用會使聚 合物線團縮小， 使得聚合物的有效粒徑有縮小的趨 勢。 低鹽濃度下，由於聚合物鏈本身呈柔性結構，氯 離子對聚合物線團的壓縮作用明顯， 隨著鹽濃度的 增加，聚合物鏈逐漸收縮，趨於剛性結構，無機鹽濃 度的變化對聚合物鏈的影響趨於減弱， 因而表現出 上述結果。
綜合上述分析可知， 非離子高分子聚合物在水 溶液中帶負電荷， 鹽濃度的增加一方面會使非離子 聚丙烯醯胺的有效粒徑減小， 同時會使聚合物表面 的 Zeta 電位更負，不利於該絮凝劑對油田採出水的 絮凝處理; 當鹽質量濃度達到10 000 mg/L 以上時， 鹽濃度的改變對非離子聚丙烯醯胺的有效粒徑及聚 合物表面的 Zeta 電位的影響變弱，即對非離子聚丙 烯醯胺絮凝性能的影響減弱。
2.2 陰離子聚丙烯醯胺在鹽水溶液中的絮凝性能
選取相對分子質量分別為 200 萬、300 萬、500 萬、 800 萬 4 種不同的陰離子聚丙烯醯胺， 分別考察了 鹽濃度對其在水溶液中的有效粒徑及Zeta 電位的 影響，結果如圖 3、圖 4 所示。
從圖 3 和圖 4 可以看出，隨著鹽濃度的增加，不 同相對分子質量的陰離子聚丙烯醯胺在水溶液中的 有效粒徑及 Zeta 電位(負值)均逐漸減小，當鹽質量 濃度達到 30 000 mg/L 後， 有效粒徑及 Zeta 電位隨 鹽濃度的增加均不再有明顯變化。 這是因為陰離子聚丙烯醯胺本身帶有負電荷， 醯胺基的吸附作用也 使聚合物表面帶有負電荷， 電荷排斥作用使整個分 子鏈傾向於呈舒展狀態，分子結構呈柔性，有效粒徑 較大;隨著鹽濃度的增加，溶液中大量的氯離子與聚 合物鏈上的負電荷發生排斥作用，鹽濃度越大，排斥 作用越強， 結果表現為聚合物鏈收縮， 有效粒徑減 小，電荷密度增大。 當鹽質量濃度達到 30 000 mg/L 後，聚合物鏈收縮到一定程度，聚合物鏈由柔 性結構變為剛性結構， 溶液中的氯離子對聚合物鏈 的排斥作用不再影響聚合物結構， 因而有效粒徑不 再隨鹽濃度的增加有明顯變化， 聚合物鍊表面的電 荷密度也趨於穩定，Zeta 電位也不再有明顯變化。
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