纳米磁性复合物的制备及其对新疆油田废水的处理研究

With the test and application of tertiary oil recovery technology in Xinjiang Oilfield, polyacrylamide for enhanced oil recovery and their degraded small molecular make viscosity of oil field wastewater and emulsion stability of suspended solids and oil droplets increasing, so it's hard to reach the given standard by adopting existing waste water disposing process. Now there was no appropriate treatment method for such wastewater . A new magnetic nanocomposite Fe3O4/cyclodextrin-graphene is adopted for deep treating oil field produced wastewater. cyclodextrin-graphene supramolecular systems have porous microstructure with high surface area and good absorption function. Graphene oxide (reduced graphite oxide) contained large numbers of functional groups on its surface，such as -O-，-OH，-C=O，-COOH, which can form strong intermolecular hydrogen-bonding system with -NH2 of polyacrylamide in wastewater, and absorption function of nanocomposite will reinforce. This nanocomposite loaded magnetic nanoparticles was used as easily separable, recyclable and highly selective nanoadsorbent. The adsorption on the synthesized magnetic nanocomposites and the factors (adsorption time, pH and temperature, initial concentration etc.) which affect the adsorption capacity were investigated. The conditions of polyacrylamide and their degraded small molecular absorption and desorption are studied in Xinjiang Oilfield produced wastewater. Absorbing dynamics model was established which offers the experimental and theoretical basis for a practical application.

随着三次采油技术在新疆油田的试验及推广，驱油用聚丙烯酰胺及其降解分子，使油田采油废水粘度增高、水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性增强，导致采用现有工艺处理后，水质不达标。目前尚无有效的处理该类废水的方法。本课题采用合成新型纳米磁性复合物Fe3O4/环糊精-石墨烯深度处理采出废水。由环糊精-石墨烯联合构筑的超分子体系具有丰富的多孔结构，大的比表面积和良好的吸附功能，同时氧化（或氧化还原）石墨烯本身带有大量功能团，如-O-，-OH，-C=O，-COOH等，与废水中聚丙烯酰胺的氨基（-NH2）形成很强的氢键作用，可进一步强化吸附。这种负载磁性Fe3O4的复合物在外加磁场的作用下，能轻易从废水中分离、可回收利用，且具有强的选择性。本课题将考察吸附温度、初始浓度、吸附时间、pH值等条件对纳米磁性复合物吸附性能的影响，研究其对新疆油田采出废水中聚丙烯酰胺及其降解分子的吸附和解吸条件，建立吸附动力学模型，

石墨烯具有比表面积大、表面活性位点多、易于修饰等优点，其C=C的质子络合以及功能团-COOH和-OH会和三次采油污水中聚丙烯酰胺（HPAM）的-NH2和-OH形成强烈的氢键吸附。因此，可以将石墨烯应用于油田含聚废水的处理。但石墨烯粒径小，在水体中难于分离。本研究通过环糊精-石墨烯超分子负载磁性Fe3O4所修饰的石墨烯能达到低能耗、易于分离、可回收的分离效果，复合材料中的β-环糊精能选择性的包结尺寸适宜的有机分子，可强化HPAM降解产物的吸附。此外，氧化石墨烯含有大量的含氧官能团，通过静电引力和配位键与金属离子结合，可用于重金属污水的处理。.研究内容包括：（1）新疆油田含聚废水中有机分子的结构、组成及含量的测定。（2）磁性环糊精-石墨烯复合材料的制备及吸附性能研究。（3）磁性环糊精-石墨烯复合材料对金属离子的吸附机理及其再生。 .重要结果和关键数据如下：本课题组制备了一种磁性吸附材料，Fe3O4/环糊精-石墨烯，研究了其对油田含聚污水的处理效果和对重金属的吸附性能。结果显示，通过二步法（H2O2氧化法+磁性复合材料吸附法）对HPAM含量高于200 mg/L含聚污水的处理效果更好，去除率可达87.8 %，比单纯的H2O2氧化法提高了约21.4%。重金属Pb2+和Cu2+吸附性能结果表明，磁性环糊精-石墨烯对Pb2+吸附较好，最大吸附量为50.39 mg/g，进行三次重复吸附后，其吸附率仍保持在85% 左右，其吸附过程吸附过程符合Langmuir等温吸附方程，主要为化学作用所致。吸附材料可采用醋酸甲醇溶液进行解吸再生，再生效果良好。. 科学意义：课题组提出了一种制备磁性纳米吸附材料的方法，制备条件温和。和传统的分离方法相比，通过外加磁场可使小粒径纳米材料从水体中轻易分离。在学术意义方面，该合成方法具有一定的普适性，可以用于其他纳米材料的制备与分离，在纳米材料合成方法学上具有重要意义。合成的纳米磁性复合物可以显著提高含聚污水处理效果，也可用于重金属污水的处理，具有一定的科学价值。