阳离子聚丙烯酰胺“水包水”乳液的制备及在油田污水处理中应用.pdfVIP

首届全国精细化工清洁生产工艺与技术经济霞展研讨套论文集 阳离子聚丙烯酰胺“水包水”乳液的制 在油田污水处理中的应用 冯玉军1”，吕永利L2，张胜3，束松矿3，鲁智勇1，董洪伟L2，王江洪3赵永峰3 (1，常州化学研究所常州213164；2，中国科学院研究生院北京100039； 3，胜利油田胜利化工有限责任公司山东东营257053) 摘要：聚合物“水包水”乳液是指一种(或几种)水溶性单体在一种水溶性聚合物的溶液中生成另一 种水溶性聚合物，在一定条件下这两种水溶性聚合物的溶液互不混溶而形成的一种乳液体系，具有 溶解分散快、固含量高、不含任何有机溶剂和表面活性剂、环境友好等优点。本文报道了利用丙烯 酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵在水介质中聚合形成的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)·冰包水” 乳液及其在油田污水处理中的初步应用。结果发现，CPAM‘水包水”乳液外观为乳白色、粒子直径为 微米级，具有良好的流动性，具备乳液的一般特征；不加任何转向剂可在3。5分钟内由20％稀释分 散到任一所需的浓度；与无机絮凝剂复配使用对特定的油田污水的去浊率可达到90％以上，并且具 有除油效果。 主置词：聚合物“水包水”乳液；阳离子聚丙烯酰胺；絮凝；除油；油田污水 1前言 作为高分子材料的一个重要分支，水溶性聚合物在油气开采、工业水处理、造纸、食品加工、 建材、化妆品、纺织、清洁剂等领域得到了广泛的应用【l】。聚丙烯酰胺(PAM)是目前用量最大的 一类水溶性聚合物，其中阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)在工业水处理、油气钻采过程中的粘土防 膨、油井酸化、堵水调剖等作业环节中有着广泛的应用。 早期的CPAM产品多为胶体状，即将丙烯酰胺(AM)单体和阳离子单体通过水溶液共聚或将 PAM通过曼尼希反应改性得到凝胶状产品。显然，这类产品由于聚合物含量低(一般不超过8％， wt／wt％，如无特别指明，下同)而使其运输半径和使用范围大为受限，并因此而增加了运输和包装 成本。为克服这一缺点，人们将胶体状产品干燥、粉碎、造粒制成粉末状产品。粉末状产品虽然大 幅度扩大了使用范围，但也存在一些缺陷：首先，在干燥、粉碎和造粒过程中需要消耗大量的蒸汽 及电能；其次，粉碎过程易导致高分子量线性CPAM长链断裂，使分子量降低，分子量分布变宽， 从而削弱其最终的应用性能；第三，粉末状产品易被吸入呼吸道，会威胁生产和使用人员的健康； 第四，溶解速度慢(通常需要40rain以上)，且易在溶解过程中产生“鱼眼”，为克服这一缺陷，油田 现场或水处理厂需配备大型的溶解装置及熟化设备，但这些设备体积大，占地面积广，对于海洋平 台这种空间有限的应用领域来讲，便显得极不合适。为克服溶解性差的缺陷，上世纪80年代以来出 ‘通讯联系人：冯玉军，男，中科院成都有机化学研究所研究员、博士生导师。研究方向：油气开采及水处理用水溶 性高分子及低聚表面活性剂。Tel：028Emaih yjfeng@cioc．ag．∞ 188 首届全国精细化工清洁生产工艺与技术经济发展研讨会论文集 现了CPAM的“油包水”反相乳液和反相微乳液。乳液或微乳液产品较好地解决了溶解性问题，且具 有较高的分子量和较高的固含量，但在使用过程中需加入转向剂而导致使用不便；此外，由于在合 成过程中使用了大量的有机溶剂和表面活性剂而使产品的成本大幅度升高，并容易对环境造成“二次 污染”和带来安全隐患。因此，速溶、环保、固含量高、性价比高的产品将是CPAM类聚合物的主要 发展方向，近几年为业界广为关注的聚合物“水包水”乳液则可望满足这些要求。 综合文献报道犯-4]，我们认为，聚合物“水包水’，乳液是指一种(或几种)水溶性单体在一种水溶 性聚合物的溶液中生成另一种水溶性聚合物，在一定条件下这两种水溶性聚合物的溶液互不混溶， 其中一种聚合物及其所携带的水化水作为连续相(外相)包裹着作为分散相(内相)的另一种聚合 物及其水化水，由于内相和外相都是水相且两相不互溶，因此称之为“水包水”乳液。1976年，法国 高分子科学家GRiess首先提出并合成出了聚合物‘‘水包水’’乳液‘51，国内金正中等【6。研于八十年代末 期开始研究非离子PAM“水包水”乳液，涂料工业界在九十年代开发出了“水包水，’多彩涂料…11。本 世