在对油田采出水水质特点及回注水水质标准分析的基础上,针对油田采出水水量大、成分复杂、水质水量波动大等特点,综述了目前国内外应用广泛、油水分离效果较好的回注处理工艺,包括重力分离法、气浮法、水力旋流技术、粗粒化技术、过滤法、混凝沉淀法、化学氧化法、生物处理法和膜分离技术等,并对比分析了各种处理方法在工程应用中的优缺点。同时介绍了2种国内研发的采出水处理新装备,分别是应用于海上油田的小型化管道式油水分离器和应用于陆地油田高含水期的一体化预分水装置。最后展望了油田采出水处理技术装备的发展趋势,低成本、高效率、小型化、自动化是今后采出水处理技术及设备发展的方向。
氯铝酸离子液体具有优良的催化轻质烷烃异构化性能,为研究该类离子液体酸性调变对其催化异构化性能的影响,分别向1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸离子液体([BMIM]Cl-AlCl3)中添加ZnCl2(L酸)和氯化(1-甲基-3-羧甲基咪唑)([cmmim]Cl,B酸),并通过紫外-可见吸收光谱和乙腈吸附红外光谱对改性离子液体酸性进行测定,考察了其对离子液体催化正戊烷异构化反应活性的影响。结果表明,改性离子液体的酸性随ZnCl2质量分数的增加而逐渐减弱,催化正戊烷异构化反应活性也随之减弱,但异构烷烃的选择性增强;而添加少量[cmmim]Cl后的改性离子液体酸性先增加后降低,但随着[cmmim]Cl质量分数的增加,离子液体黏度不断上升,催化正戊烷异构化的活性呈现逐渐降低趋势。
以硬脂酸丁酯为芯材,2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)和三乙醇胺(TEA)为反应单体制备壁材,采用界面聚合法制备具有储热能力的聚氨酯微胶囊相变材料,并对所制微胶囊的表面形貌、红外结构、热稳定性、相变性能和致密性进行表征分析。结果表明,所制微胶囊呈球形结构均匀分布,熔融温度(ΔTm)和熔融热焓(ΔHm)分别为20.60℃和84.09 J/g,储热性能优异。热稳定性和致密性分析表明,当TEA质量为4.5 g、芯材完全失重时,微胶囊的质量保留率最高为52.6%,120℃持续烘干6 h,质量损失率最低仅为21.8%,表明所制备的微胶囊具有良好的热稳定性和致密性。
采用水热法将PVP粘合剂负载于Bi2WO6上,制备出一种新型分层型的高比表面积催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis/DRS)及N2吸附对其晶体结构、微观形貌、光学特性进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为模型污染物来评价Bi2WO6的超声催化活性。研究了吸附、超声和Bi2WO6辅助超声催化3种情况下降解MB的降解效率的大小为:吸附<超声
为节约水资源、提高尿素利用率,以腐植酸钾、硅藻土、丙烯酸、尿素为原料,采用水溶液聚合法合成了腐植酸钾-尿素型吸水缓释材料。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行表征。探究了其最佳合成条件,考察了其对自来水的吸收倍率及氮素释放率。结果表明,最佳合成条件为丙烯酸质量为10 g、腐植酸钾质量为2.0 g、交联剂质量为0.03 g、引发剂质量为0.22 g、硅藻土质量为1.0 g、反应温度为80℃、尿素质量为2.0 g、丙烯酸中和度为65%,在此条件下其对自来水的吸收倍率达395倍,氮素24 h的缓释率为6.04%。
铅酸蓄电池报废后的破碎过程因破碎设备与电池活性物质的接触会导致铅膏中杂质的引入。分析了废铅膏中Cu、Zn杂质在柠檬酸钠-乙酸湿法浸出回收体系的热力学行为,为实现杂质分离提供理论基础。以Medusa热力学分析软件进行优势组份相图和Fraction组份分布图的绘制。结果表明,在电位大于零、pH小于2.6时,Cu主要以Cu2+为稳定存在物相;当pH为2.6~3.8时,Cu主要以Cu2(cit)22-为稳定存在物相;随pH继续增加,主要以Cu2(cit)2OH3-形式稳定存在。在pH小于2.2时,Zn主要以Zn2+形式稳定存在;当pH为2.2~4.1时,主要以Zn (Hcit)的形式稳定存在。该研究可为分析铅膏中杂质与铅的分布与迁移规律提供理论支撑。
利用自由基聚合法合成了新型衣康酸三元共聚阻垢剂IA-HEMA-AMPS,探究对共聚物阻垢性能的影响因素。结果表明,IA-HEMA-AMPS共聚物中出现了羧基中—CO和—OH的伸缩振动吸收峰,含有大量磺酸、酯基、羟基、酰胺基等官能团;当羧酸基和磺酸基比例相当、引发剂质量为单体总质量的6%、引发温度为80℃、反应时间为2~2.5 h时,合成的共聚物阻垢性能良好。IA-HEMA-AMPS在28 d内降解性达到53.8%,为易生物降解。当药剂质量浓度为5 mg/L时,测定其氧化铁透光率为43.1%,表明共聚物有一定的分散氧化铁性能。SEM分析表明,共聚物有效抑制了碳酸钙垢的生长。通过与市售阻垢剂进行各项指标对比可以看出,该三元共聚物的阻垢性能具有一定优势。
以氯金酸(HAuCl4)为前驱体,酪氨酸(Tyr)为还原剂和保护剂,通过"一步合成法"合成了具有较强荧光且离散性良好的金纳米簇(Tyr-AuNCs)。优化并确定了制备Tyr-AuNCs的最佳工艺条件:80℃下反应20 min,Tyr质量浓度为0.4 mg/mL,HAuCl4浓度为2.0×10-3 mol/L,pH=5的乙酸(CH3COOH)缓冲溶液。通过研究Tyr-AuNCs与Fe3+的作用机理发现,Fe3+可导致Tyr-AuNCs荧光探针猝灭,Tyr-AuNCs的荧光强弱与Fe3+的浓度(1.0~50 μmol/L)呈良好的线性关系,据此构建了水样中Fe3+的定量检测方法,该方法检出限为2.0×10-7 mol/L,可用于实际水样中Fe3+的分析检测。
利用共沉淀法制备了一系列不同铜镁铝摩尔比的Cu-Mg-Al催化剂,并用于固定床上甲醇裂解制氢的研究。采用BET、XRD、H2-TPR和CO2-TPD等表征手段对催化剂的结构和物化性质进行表征,并分析其对甲醇制氢反应催化性能的影响。结果表明,以1∶2∶1的铜镁铝摩尔比制得的催化剂对甲醇裂解制氢反应具有较高的催化活性,可改善前驱体的结晶度,增大催化剂的比表面积,增强催化剂的可还原性和碱性,从而提高了甲醇裂解制氢的转化率和气体收率,并抑制了液相副产物的生成。使用该催化剂,在压力为1.0 MPa、反应温度为280℃、体积空速为0.5 h-1的反应条件下,甲醇的转化率为99.28%,气体收率为97.75%,液相副产物质量分数为1.25%,反应稳定运行180 h后催化剂未发现明显失活。
采用超声波、超声波-高锰酸钾耦合工艺预处理剩余污泥。通过对比破解前后污泥上清液中混合液挥发性悬浮固体浓度/混合液悬浮固体浓度(MLVSS/MLSS)、污泥体积指数(SVI)、污泥破解率(DD)、溶解性蛋白质质量浓度、溶解性多糖质量浓度、含固率等变化,考察超声波、超声波-高锰酸钾(KMnO4)耦合工艺对污泥破解以及污泥特性的影响。结果表明,超声波单独处理最佳处理条件为:声能密度为2.0 kW/L、反应时间为20 min。此时,污泥的DD、蛋白质质量浓度、多糖质量浓度分别可达18.41%、180.21 mg/L、185.88 mg/L,同时污泥破解后含固率可达6.2%,污泥的离心脱水性能得到改善。KMnO4-超声耦合工艺可进一步促进剩余污泥破解。破解效果影响因素的主次顺序为声能密度 > 反应时间 > KMnO4投加量。因此,确定的最佳声能密度为2.4 kW/L、最佳反应时间为25 min、最佳KMnO4投加量为2 200 mg/L。此时污泥上清液中蛋白质、多糖的质量浓度分别可达295.56、361.27 mg/L;粒径和电镜结果与此匹配。
采用KOH改性椰壳活性炭(AC)作为吸附剂,调变KOH和AC的质量比(KOH/AC,以下简称碱碳比)和活化温度制备一系列改性吸附剂,通过动态吸附法评价其脱除微量乙烷的性能,并与AC进行对比研究。评价结果表明,最佳制备条件为:KOH和吸附剂的最佳碱碳比为0.5,最佳活化温度为800℃。在该条件下制备的KOH改性AC吸附剂的乙烷穿透吸附量达到482.1 μg/g,高于AC的169.6 μg/g。表征结果显示,与AC相比,KOH改性AC表面的氧含量更高,并增加了吸附剂的微孔数量,微孔比率从75.3%增加到了83.9%,并有适量的介孔,该结构有利于对乙烷的吸附。
针对PBD型脱氢催化剂,采用循环流化床中试装置对低碳烷烃(丙烷、异丁烷、正丁烷)单独脱氢以及不同配比混合低碳烷烃进行了较为系统的工艺条件优化研究。结果表明,反应温度和空速对低碳烷烃脱氢过程的影响至关重要,不同脱氢原料具有不同的适宜操作工况,其中丙烷脱氢在600℃和1 700 h-1条件下,转化率为39%,丙烯收率达33%;异丁烷脱氢在580℃和1 700 h-1条件下,转化率为48%,异丁烯收率为45%;正丁烷脱氢在580℃和1 700 h-1条件下,转化率为40%,丁烯收率高达32%。PBD型催化剂对于不同配比混合低碳烷烃具有较高的催化活性。最终获得的不同脱氢原料适宜的操作工况下,可以为循环流化床低碳烷烃脱氢装置的工程设计与放大和工业装置的生产调优提供基础数据与理论支持。
采用分子模拟软件Materials Studio 2017 R2,分别构建不同侧链烷基数的疏水缔合单体与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合,建立聚合物与水分子的混合图层,进行分子动力学模拟,计算不同聚合物在水中的均方根末端距、回旋半径。从模拟结果来看,含十六烷基二甲基烯丙基氯化铵(C16-DMAAC)单体的聚合物分子链尺寸更舒展、具有更大的流体力学尺寸,会产生更好的减阻效果。利用AM、AMPS、C16 DMAAC通过反向乳液聚合法在室内合成了疏水缔合减阻剂P(AM/C16-DMAAC/AMPS),对其进行红外分析和粒径分析。利用流体流动阻力测试仪测定不同减阻聚合物的减阻率,由C16 DMAAC聚合的减阻剂减阻率可达到70%以上,减阻效果最好,且与模拟结果一致。
利用Aspen Plus化工模拟软件对丙酮-氯仿萃取精馏工艺流程进行了模拟优化研究,并利用Aspen Economic对其进行了经济估算。利用Model Analysis tools确定最终较优流程参数为:萃取精馏塔理论板数30块,第11块理论板进料,回流比6.4,塔顶丙酮回收率96.57%,摩尔分数为99.7%。萃取剂回收塔理论板数6块,第3块理论板进料,回流比2,塔顶氯仿回收率为99.96%,摩尔分数98.2%,塔釜二甲基亚砜摩尔分数98%,全部回流至萃取精馏塔,补充萃取剂量流量1.25 kg/h。对萃取精馏工艺进行经济估算得到设备费用28万元,年操作费用391万元,总投资3 838万元,总期望回报率为20%。
基于前期实验结果,利用过程模拟软件搭建湿式氧化的基础模型,为方案设计提供参考。选取污泥含水率、热值和进气含氧量为变化因素,对自热条件下反应器可回收热量和系统压力进行模拟计算。结果表明,进气为纯氧时,实验压力下,维持自热的含水率最高为87.6%;当考虑污泥泵的实际能力时,含水率最高可为89.1%;干基热值范围在11~16 MJ/kg的污泥适用于此基础模型;随氧浓度增大,系统所需压力减小。针对某污水厂的污泥,对20 t/d污泥湿式氧化处理方案和对应的综合模型进行了介绍,并验证了模型的可用性。模拟结果与实验对比,发现气相产物无SO2、NOx;能量分析表明系统可自热维持。经济性分析结果表明,20 t/d系统的总投资约918万元,运行成本约134.8元/t。
以复红为探针建立了快速测定药物中盐酸米多君的高灵敏双波长共振瑞利散射(RRS)法。在pH 3.46的酸性溶液中,复红与十六烷基溴化吡啶鎓及盐酸米多君作用生成三元离子缔合物,使RRS信号显著增强并产生具有双峰的新的RRS光谱。最大RRS峰位于620 nm,次大RRS峰位于370 nm,在此二波长处的RRS增强强度与0.009~0.35 mg/L盐酸米多君的质量浓度呈线性关系,检出限分别为0.006 2 mg/L (370 nm)和0.005 8 mg/L (620 nm),当用双波长叠加RRS法测定时,检出限为0.003 0 mg/L。还研究了三元缔合反应的适宜条件、共存物质的影响及双波长RRS法的光谱特征。该方法可用于市售盐酸米多君药片中盐酸米多君含量的测定,回收率和相对标准偏差RSD%(n=5)分别为98.3%~102%和1.2%~1.8%。