熱活化過硫酸鹽氧化聚丙烯酰胺降黏效果及影響因素分析*

劉園園，荊國林，董秋璇

(1.東北石油大學 化學化工學院，黑龍江 大慶 163318；2.大慶石油天然氣化工技術省級重點實驗室，黑龍江 大慶 163318)

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

中分子量的水溶性HPAM：工業品，大慶煉化公司；過硫酸鈉(Na2S2O8)、氫氧化鈉、叔丁醇：分析純，天津市大茂化學試劑廠；鹽酸：分析純，天津風船化學試劑科技有限公司；甲醇：分析純，遼寧泉瑞試劑有限公司；實驗用水為去離子水。

數顯集熱式磁力攪拌器：DF-Ⅱ，常州市江南實驗儀器廠；旋轉黏度計：DV-Ⅱ+Pro，美國Brookfield公司；電子分析天平：TG328B，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；超級恒溫水浴槽：DKB-501A，上海森信實驗儀器有限公司；pH計：PHS-3D，衡水瑞豐化玻儀器有限公司。

1.2 實驗方法

使用蒸餾水配制ρ(HPAM)=1 000 mg/L的溶液500 mL，水樣初始pH=8，加入定量的Na2S2O8，水浴加熱磁力攪拌，按不同時間取適量水樣于測量筒內，用旋轉黏度計測定黏度。研究不同溫度、不同氧化劑投加量、不同pH值條件下溶液的降黏規律，觀察0～60 min HPAM溶液黏度的變化情況。

黏度去除率定義見式(1)。

(1)

式中：Δη為降黏率，%；η0為HPAM溶液初始黏度值，mPa·s；η為處理后HPAM溶液黏度值，mPa·s。

2 結果與討論

2.1 溫度對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

采用超級恒溫水浴對水樣控溫，ρ(HPAM)=1 000 mg/L，磁力攪拌下連續反應1 h，考察t=15、25、35、45、55 ℃對HPAM黏度的去除效果。間隔一定時間取樣測量水樣黏度情況，結果見圖1。

t/min圖1 溫度對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

2.2 c(Na2S2O8)對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

t=45 ℃，ρ(HPAM)=1 000 mg/L，考察c(Na2S2O8)=2、3、4、5、6 mmol/L對HPAM黏度的去除效果。水樣反應1 h，間隔一定時間測量黏度，結果見圖2。

t/min圖2 c(Na2S2O8)對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

2.3 初始pH值對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

使用NaOH、HCl溶液調節pH值，考察pH=7、8、9、10、11對HPAM黏度的降低效果。水樣反應1 h，間隔一定時間測量黏度。在不同初始pH值條件下，水樣黏度的降低情況見圖3。

t/min圖3 pH值對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

由圖3可知，pH=7、8，黏度差別較大，60 min降黏率分別為92.6%和87%，這表明添加酸有利于HPAM降解。pH=8、9黏度比較接近，60 min降黏率分別為87%和88.94%，表明添加酸對HPAM黏度的影響大于添加堿。pH=10、11，黏度降低效果顯著，60 min降黏率分別為95.7%和98.3%。這是因為過硫酸鹽在堿性條件下可以完全轉化自由基，并通過鏈反應的過程氧化降解HPAM，使HPAM的黏度降低。pH值的變化對Na2S2O8和HPAM在水中的溶解度和水解程度有較大影響。增加pH值會增加Na2S2O8在水中的溶解度，促進Na2S2O8在水中轉化為·OH，有效地氧化降解HPAM，降低聚合物的分子量，從而降低黏度。綜上所述，選擇pH=11。

2.4 不同攪拌速率對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

c(Na2S2O8)=4 mmol/L，t=45 ℃，ρ(HPAM)=1 000 mg/L，考察n=100、300、500、700、900 r/min對HPAM黏度的去除效果，見圖4。

t/min圖4 攪拌速率對熱活化PS體系降低HPAM黏度的影響

2.5 正交實驗

根據單因素實驗結果，采用正交實驗方法對c(Na2S2O8)(A)、溫度(B)和pH值(C)進行了優化。正交實驗在恒溫水浴中磁力攪拌的條件下進行，反應時間為50 min。正交實驗設計分析中3個因素的編碼和水平見表1，實驗結果見表2。

表1 因素水平表

表2 正交實驗結果

由表2可知，影響HPAM降黏率效果為B>A>C，最優的理論水平組合為A2B3C1，即c(Na2S2O8)=4 mmol/L，t=50 ℃，pH=8，降黏率為95.08%。

3 自由基鑒定

pH圖5 淬滅劑對熱活化PS體系氧化HPAM降黏率的影響

(2)

(3)

4 結 論

(1)熱活化過硫酸鹽工藝處理HPAM的降黏率隨溫度增大而增加。優化熱活化過硫酸鹽組合工藝，對含ρ(HPAM)=1 000 mg/L的溶液，降黏率的最優組合為c(Na2S2O8)=4 mmol/L，反應體系溫度45 ℃，pH=8，60 min HPAM的最大降黏率高達95.08%；