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                二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究

                發布日期:2015-03-01 13:59:52
                二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究和二氧化氯
                二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究,目前中國大部分油田都處于中晚期開采階 段[1],在開采過程中,進行油水井壓裂時,一般壓裂 液都采用聚合物配制(如:胍膠,田菁粉,香豆粉,聚 丙烯酰胺等)。裂縫提高了油層的導流能力,而黏 稠的壓裂液在濾失進地層的同時,在裂縫壁面形成 一層聚合物的濃縮物——濾餅[2],該濾餅的存在使 油氣流動能力損失25%以上,造成裂縫堵塞,嚴重 B才地層不能產出。利用二氧化氯的強氧化性,能夠 使聚合物氧化分解,達到解除油井堵塞的目的[3]。 而在聚合物的使用中以聚丙烯酰胺為主,二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究,所以筆者 選擇聚丙烯酰胺為主要研究對象,考察二氧化氯降 解一定濃度聚丙烯酰胺溶液的最佳濃度以及最佳 溫度。
                1實驗部分
                1.1實驗儀器及藥品
                NDJ -8S型旋轉黏度計、水浴鍋;水解聚丙烯酰 胺。
                1.2實驗方法
                配制一定濃度的HPAM(聚丙烯酰胺,相對分子 質量為500萬,水解度為30% ~ 40% )水溶液,與水 按體積比為1: 1混合后,水浴加熱,用NDJ -8S型 旋轉黏度計測定黏度,記為配制一定濃度二氧 化氯解堵液,攪拌均勻。取一定體積的HPAM水溶 液,加入相同體積的上述解堵液,水浴加熱,在特定 溫度下用玻璃棒慢慢攪動60 min后,用NDJ -8S型旋轉黏度計測定黏度,記為此。按下式計算HPAM 降解率。然后測定未來6h內每小時的黏度。
                及2 = (MlX 1
                式中:/?2為HPAM降解率,% ;叫為HPAM初始黏 度,mPa* s;At2SHPAM 降黏后的黏度,mPa- s。
                2結果討論
                2.1實驗結果及數據整理
                2.1.1C102濃度對聚丙烯酰胺降解率的影響
                配制6瓶2% (質量分數,下同)的聚丙烯酰胺 溶液200 mL,混合均勻;配制不同濃度(質量分數為
                5xl〇-4、l xlO—3、2 xlO—3、3 xl(T3、4 xl(T3、5 x KT3)的二氧化氯溶液各200 mL,混合均勻;將上述 兩種溶液混合,攪拌均勻,置于60 T水浴鍋中,測定
                6h內每小時的黏度,并計算降解率,結果如圖1所 示。從圖1可以看出,在60 ^下,二氧化氯的濃度 越高聚丙烯酰胺降解越快。當二氧化氯的質量分數 為5 x 10 _4時,降解率還不到25% ;但是當質量分數 升高到1 x 10_3時降解率能達到50% ;質量分數為 3 xlO—3時降解率只達到85% ,4 x 10_3時已經超過 95%,而5 x 10_3時的降解率和4 x 10_3時的相差不 大。綜上,質量分數為4 x 1(T3為最佳。
                2.1.2溫度對二氧化氯降解聚丙烯統胺的影響 從上述實驗得知,在60 ^下,二氧化氯降解 2%的聚丙烯酰胺的最佳質量分數為4 x HT3,故在 二氧化氯質量分數為4 x 1(T3條件下探討聚丙烯酰 胺降解的最佳溫度。配制4瓶2%的聚丙烯酰胺溶 液200 mL,混合均勻;配制4瓶二氧化氯溶液 200 mL,混合均勻;將上述兩種溶液混合,攪拌均 勻,分別置于水浴鍋中,在不同的溫度(3〇、45、60、 90 T)下,測定6 h內每小時的黏度,并計算降解 率,結果如圖2所示。從圖2可以看出,當二氧化氯 的濃度一定時,隨著溫度的升高,聚丙烯酰胺的降解 率也越來越高。當溫度較低時(30聚丙烯酰胺
                比較穩定,降解率只有33% ;當溫度達到60 t時, 聚丙烯酰胺的降解率已經能達到95%以上;90 t 時,降解率只比60 t時略高。綜合考慮,60弋為降 解聚丙烯酰胺的最佳溫度。
                2.2降解產物分析
                聚丙烯酰胺經氧化降解后會形成丙烯酰胺低聚 體,二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究,再經過進一步的降解能分解為丙烯酰胺單體。 詹亞力等⑷用氣譜-質譜聯用(GC-MS)測定,結 果顯示,在HPAM的降解產物中,除含有雙鍵、環氧 和羰基的聚丙烯酰胺碎片以外,大部分產物都是丙 烯酰胺低聚體的衍生物。
                2.3二氧化氣對聚丙烯酰胺的降解機理
                二氧化氯降解聚丙烯酰胺的機理是一種自由基 反應,根據上述結果可以認為,HPAM的氧化降解反 應,首先是由于〇02分解產生自由基,引發連鎖反 應[式U) ~(4)],由于(3)式生成過氧化物 HOOH,而HOOH又能分解產生自由基,引起(5) ~
                (8)式的連鎖反應,接著,HPAM上的自由基引發 «-裂解反應和/3 -裂解反應,使主鏈斷裂[式
                (9)~(12)]、黏度下降。當溫度升高時,這種反應 會加劇。因為升高溫度,能使自由基的生成速度加 快,有效碰撞的幾率就會增加。增加〇02的濃度, 使(:102產生的自由基濃度增加,鏈式連鎖反應就會 加劇,也能加快HPAM的降解速率。
                C102—?〇〇 • + * 0⑴
                CIO• + * H-—>C10H(2)
                0 •+ H20 —-?HOOH(3)
                CIO • +* OH ———C102 + * H⑷
                HOOH —^HO• + • OH(5)
                HH+ ■* OH4*H * +H20(6)
                H •+ 〇2■?HOO *(7)
                HOO • + HH —?HOOH + H *(8)
                H2 H
                •♦•♦C—C—C—C-*C=CH2H6—O"
                H2 1 c=1
                =0 c=o, H2 1
                ~~" c=o| H2 + c^o 1(i〇)
                RRR1
                R
                H H2 H
                H2C—c—c—H2C=CHH
                H2C—
                C^O C—0~~" c=o
                1+ C=0
                1(ID
                1
                Ri
                RRR
                0
                H2 1
                •♦•♦c—c-
                1
                c=H2 H
                -C—c
                1
                =0 c=o0^
                ■■••C—C——C*" ^' H2 1 H
                C—0HC—CH2
                + 1 + c=o
                1(12)
                1
                R1
                R1
                RR
                3結論
                二氧化氯是一種非常有效的降解聚丙烯酰胺的 氧化劑,其反應歷程是一種自由基反應。在室溫下, 二氧化氯溶液降解2%的聚丙烯酰胺溶液的最佳質 量分數為4 xio_3。當二氧化氯質量分數為4 X 10_3時,二氧化氯溶液降解2%的聚丙烯酰胺溶液
                (上接第58頁)
                與之進行對比,首先比較方法的準確度,其次是精密 度,然后是繁瑣程度,可以得到以下結論。1)3種不 同方法測磷的相對誤差分別是:EDTA滴定鎳間接 換算法為0. 35%,二氧化氯對聚丙烯酰胺降解作用的實驗研究,磷鉬釩黃分光光度法為0. 53%, 磷鉬酸銨容量法為-0.62%,可見,就測定的準確性 而言,EDTA滴定法最高,分光光度法次之,容量法 最差;2)3種不同方法測定結果的相對標準偏差 (RSD)分別是:EDTA滴定法為2. 87% ,磷鉬釩黃分 光光度法為4. 07%,磷鉬酸銨容量法為7. 30%,可 見,就測定的精密性而言,也是EDTA滴定法最高, 分光光度法次之,容量法最差;3)3種測定方法中, EDTA滴定法具有操作簡便、儀器簡易易制、耗時少 等諸多優點;磷鉬釩黃分光光度法相對要繁瑣、耗 時;磷鉬酸銨容量法操作繁瑣,需經歷沉淀一過濾一 洗漆一沉淀堿溶一酸返滴定過量堿等一系列步驟, 耗時很長,容易產生誤差。從測定準確性、精密性和 簡便性3方面進行比較,可知EDTA滴定鎳間接換 的最佳溫度為60丈。當二氧化氯質量分數為4 x 10 _3、溫度為60丈時,2%的聚丙烯醜胺的降解率能 達到95%以上。
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