聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究学习资料.doc
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1、精品文档辽宁石油化工大学毕业设计(论文) GraduationProject (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素研究TITLEStudy on Influencing Factors of Stability of Polyacrylamide Solution学 院化学化工与环境学部SchoolLIAONING SHIHUA UNIVERSITY专业班级化工1309班Major&ClassChemistry And Chemical Engineering Class1309姓 名刘国洪NameGuohong Liu指导教师
2、王洪国SupervisorHongguo Wang2017 年 6 月 20 日论文独创性声明本人所呈交的论文,是在指导教师指导下,独立进行研究和开发工作所取得的成果。除文中已特别加以注明引用的内容外,论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。特此声明。论文作者(签名): 年 月 日摘要随着我国发展越来越好,城市化的脚步也越来越快。同时,有一些问题也会随之而来,例如:城市污水处理和石油资源减少。这两个严重问题的解决离不开聚丙烯酰胺的使用,。因此,聚丙烯酰胺溶液的稳定性研究已经在现在
3、我国的发展中扮演一个不可或缺的角色,本论文聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素进行了综合的分析研究。首先,在综述部分中简单地介绍了聚丙烯酰胺的基本知识、本论文研究的目的和意义、发展现状、国内发展史、国外发展史、未来发展趋势、研究现状和环保这些方面进行详细解说。在实验部分中重点详细的分析了聚丙烯酰胺溶液稳定性影响因素,实验中主要以温度、光照、pH、矿化度、等为改变条件来分析说明影响聚丙烯酰胺溶液稳定性的变化。关键词:稳定性、聚丙烯酰胺溶液、单体、丙烯酰胺AbstractWith the development of our country getting better and better, the p
4、ace of urbanization is getting faster and faster. At the same time, there are some problems will follow, such as: urban sewage treatment and oil resources to reduce. The resolution of these two serious problems is inseparable from the use of polyacrylamide. Therefore, the stability of polyacrylamide
5、 solution research has now played an indispensable role in the development of our country,In this paper, the influence factors of polyacrylamide solution stability were studied. Firstly, the basic knowledge of polyacrylamide, the purpose and significance of this research, the current situation of de
6、velopment, the history of domestic development, the history of foreign development, the future development trend, the current situation of research and environmental protection are briefly introduced in the review section. In the experimental part, the influence factors of the stability of polyacryl
7、amide solution were analyzed in detail. The stability of polyacrylamide solution was analyzed by temperature, light, pH, salinity and absorbance.Key words: stability, polyacrylamide solution, monomer, acrylamide综述部分一、 聚丙烯酰胺介绍 1.聚丙烯酰胺的定义聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)是丙烯酰胺及其衍生的均聚物和共聚物的统称,又称PAM。聚丙烯酰胺的按分子量的高低可分为
8、有低、中、高和超高,整体上来说,低分子量的分子量100万以下、中低分子量的分质量在100 万1000万之间、高分子量的分子量在1000万以上。所以,高分子量聚丙烯酰胺是分子量在1000万以上有机高分子聚合物。 2.聚丙烯酰胺的分子结构高分子量聚丙烯酰胺的分子结构为: CH2CHnCONH2 分子结构式中单个丙烯酰胺分子量是71.08,n值在21049105之间,由此可得,聚丙烯酰胺分子量一般都是在1.51066107之间。 3.聚丙烯酰胺的分类根据PAM高分子聚合物链上不同官能团在水溶液中的离解性质不同的特性,可划分成阳离子型(APAM)、阴离子型(CPAM)、非离子型(NPAM)及两性离子型
9、几个种类。阳离子型一般都含有微量毒性,不适宜在给排水工程中使用,所以我们接触到的水处理剂聚丙烯酰胺均属阴离子型或非离子型。种类表观分子量(万)固含量%残余度%水解度运动粘度使用范围两性离子型白色颗粒500-1200880.25-50带式机离心式压滤机阳离子型白色颗粒500-1200880.25-80带式机离心式,压滤机阴离子型白色颗粒或粉末300-2200880.210-35水的PH值为中性或碱性非离子型白色颗粒200-1200880.20-5水的PH值为中性或碱性 4.聚丙烯酰胺的特点高分子量聚丙烯酰胺(PAM)因其每一个小的结构单元中含有酰胺基(C3-H7-N-O)、容易形成氢键(HF),
10、使其具有良好的水溶性和很高的化学活性,可通过接枝、交联等化学反应得到多种多样的相关衍生物。高分子量聚丙烯酰胺(PAM)是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机物高分子聚合物,无色无味、无臭、易溶于水,没有腐蚀性。高分子量聚丙烯酰胺在常温下比较稳定,高温、冰冻时容易发生降解,故其贮存与配制投加时,温度应控制在255之间。5.聚丙烯酰胺的使用特性 聚丙烯酰胺具有以下最为显著的使用特性:(1)粘合性:能通过机械的、物理的、化学的作用,起粘合作用的效果;(2)絮凝性:聚丙烯酰胺(PAM)能使悬浮物质通过电中和,架桥吸附作用,起絮凝作用的效果;(3)降阻性:聚丙烯酰胺(PAM)能有效地降低流体的摩擦阻力,水中加入
11、微量PAM就能降阻5080%,起降阻作用的效果; (4)增稠性:聚丙烯酰胺(PAM)在中性和酸性条件下均有增稠作用,当PH值在10以上PAM易水解。呈半网状结构时,增稠将更明显,体现增稠作用的效果。由于这些独特的特性,使得其应用到众多的行业之中,被称为“百业助剂”的称号真的是不二之选。目前其国内主要的应用现状是:石油开采(油驱技术)、水处理(去污)、纺织(具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性)、造纸(具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性)、农业(改良土壤结构,提高土壤保水、保土、保肥、保温能力)等行业。国外主要应用领域为水处理(去污)、造纸(具有强的吸湿性,优良的吸附性和分散性)、矿山(提高固
12、液分离效果,减少尾矿流失和环境污染)、冶金(固液分离)等;国内目前用量最大的是石油开采行业,用量增长最快的是水处理领域和造纸行业。预计,20122018年,聚丙烯酰胺在石油开采、采矿、造纸及水处理四大应用领域的市场将以7.2%的年均复合增长率持续增长。因此,对聚丙烯酰胺的研究使用十分必要,总结其最新的研究进展非常重要。5.聚丙烯酰胺的用途 作为油田调剖堵水剂,使其与交联剂、稳定剂、促凝剂结合,反应生成具有聚合凝胶和树脂凝胶的高强凝剂胶堵水剂。它通过附着、物理堵塞等作用堵塞地层孔隙和裂缝,调整不同的比例,可控制凝胶时间长短,以适应不同地质清况变化。 用作各种油污、有机、无机、污水、复杂污水的处理
13、。在PH变化不定的污水系统中,两性离子的协同效果远远比单一离子聚丙烯酰胺使用效果好,如果把阳离子聚丙烯酰胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产生沉淀,沉淀能把污水中杂质等带走。所以两性离子产品最为理想。 用于污泥脱水。聚丙烯酰(PAM)破坏颗粒结构从而释放水分,其憎水性可使水分和颗粒粉末进行脱离。 聚丙烯酰胺PAM在造纸行业中广泛用作驻留剂、助滤剂、均度剂、水处理净水剂等。它的作用是能够大大地提高纸张的质量,提高浆料脱水性能,提高细小纤维及填料的留着率,减少原材料的消耗、节约成本以及对环境的污染等。总之,在造纸行业中最终使用的效果是取决于其平均分子量、离子性质、离子强度及其它共聚物的活性。
14、 6. 聚丙烯酰的稳定性概括 聚丙烯酰胺水溶液的稳定性已能满足许多方面因素的要求,但溶液粘度随浓度、时间、温度、剪切速率及环境和原料因素等发生变化,从而影响其实际应用效果。聚丙烯酰胺(PAM)与许多水溶性高分子一样,聚丙烯酰胶水溶液长期放置时,其粘度随其逐渐下降,从而影响其性能并给溶液性能测定增加一定难度。“般认为这是大分子链在氧化作用下发生降解反应的原因。光、热和机械作用也可引发降解。而且,聚丙烯酰胺溶液在泵送或向地下注入的流动过程中都会发生明显的剪切降解,剪切降解的程度与其相对分子质量大小有关。微生物的存在是会侵蚀聚丙烯酰胺,它是基于真菌降解复杂结构高分子方面的非特异性降解酶系统。 在干燥
15、的时候,具有强烈的水分保留性,不易干燥充分;干燥的固体粉末在长期中,因为吸收了空气中的水分,继而容易发潮。聚丙烯酰胺的水溶液放久后就容易发生老化,粘度也降低了,性能因此也变差,受到影响。在聚丙烯酰胺溶液需长期放置时,要加入适量的稳定剂来防止其被氧化和降解,否则会影响到其絮凝效果,从而可以看出了聚丙烯酰胺胺溶液的稳定性很容易受影响。 二、 聚丙烯酰胺溶液稳定性的研究背景及意义 研究背景:从我国的发展历史中可以看出(具体内容在发展史中详细),一个方方面,我国现在城市化已经变成事实,在我国的城市化率达到一定的比例时,我有些问题就随之而来,比如:城市污水处理、城市环保等;另一个方面,我们都知道石油是不
16、可再生资源,这就意味着只要我们的石油资源会越来越少,在这种情况下,聚丙烯酰胺在石油的开采中的占到了一个很重要的地位,它被作为增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。从上面的两个方面我们可以简单的知道这些问题都和聚丙烯酰胺的性质和性能有关。 研究意义:从目前为止,我国的聚丙烯酰胺的性质以及性能这方面还没有到最好。在某些生产环境下,聚丙烯酰胺溶液的稳定性不稳定,需要更多的研究和探索,争取在各种生产环境下都有相应的产品,满足相应的需求。三、聚丙烯酰胺的发展现状 在石油开采这个行业中, 聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和对流体变性的调节作用。主要可用作为钻井泥浆的增稠剂、稳定剂和沉降絮凝剂。将聚丙烯酰胺加入到钻井泥浆中,
17、 可以增加泥浆的黏稠度, 大幅度地提高悬浮力,使泥浆分散均匀, 控制失水, 增加稳定性, 降低摩阻力, 提高固定油井的速度; 在三次采油中加入聚丙烯酰胺, 可明显增加驱油能力, 避免击穿油层, 提高油床的开采收率; 聚丙烯酰胺还可用作压裂液添加剂, 可以增加粘度, 提高悬砂能力, 降低过滤的损失、减少模阻; 此外,还可用作水油比例控制剂、缓速剂和暂堵剂等。在水的处理方面, 聚丙烯酰胺作为絮凝剂, 广泛应用于城市污水、生活污水、工业废水等的处理以及各种地下水和工业悬浮液的固液分离。在采矿、洗煤方面, 采用聚丙烯酰胺作絮凝剂, 可促进固体沉降,使水澄清, 同时,可回收大量有用的固体颗粒, 避免对环
18、境造成污染。用作印染助剂时, 可使产品附着牢度大, 鲜艳度高。在纺织工业方面, 聚丙烯酰胺作为织物后处理的上色剂和整理剂, 可以生成柔顺、防皱及耐霉菌的保护层; 利用它的强吸湿性的特点, 能降低纺细纱生产过程中的断线率。在造纸工业方面,聚丙烯酰胺用作分散剂, 可以改善纸页的均匀度;而且还用作增强剂, 能有效提高纸张的强度; 用作助留剂、滤水剂、沉降剂, 能提高填料和细小纤维的存留率, 加速脱水速度, 还可沉淀污水、减少污染。在电解冶金方面, 添加聚丙烯酰胺, 可改善金属在阴极沉积的质量, 并增加电流效率;在制糖业方面, 聚丙烯酰胺可加速蔗汁中细粒子的下沉, 促进过滤性能和提高滤液清澈度。在养殖
19、业方面, 聚丙稀酰胺可改善水质,增加水的透光性能, 从而改善水的光合作用。最后, 聚丙烯酰胺还可以用作隧道、水坝等工程堵水固沙的化学灌浆和水下和地下建筑物的防腐剂, 还可用作土壤改良剂、粘结剂、纤维改性剂、光敏树脂交联剂等。四、国内发展史 我国聚丙烯酰胺产品的开发及应用始于20世纪50年代末期,1962年上海天原化工厂建成全国唯一套聚丙烯酰胺的生产装置设备,生产水溶胶产品(水溶胶是以水作为分散介质的溶胶。其中分散的粒子可以是单个大分子,也可以是许多分子的聚集体),然后,吉化公司研究院、中科院广州化学所也成功地研制聚丙烯酰胺并投入生产。1966年,在兰州白银有色金属公司筹建了国内第一条聚丙烯酰胺
20、的生产线。在聚丙烯酰胺(PAM)的应用研究方面,我国较早用于矿物精选,而后在制糖、造纸、钢铁、水处理等领域的应用逐渐扩大。目前聚丙烯酰胺的主要应用领域为石油开采、水处理、造纸、高吸水树脂、冶金和洗煤等工业技术。其消费结构比例为:油田开采占百分之八十一、水处理占百分之九、造纸占百分之五、矿山占百分之二、其它占百分之三,我国聚丙烯酰胺的生产能力不断增加,相关研究也不断的深入。在这个时期我国生产厂家已经达到六十多家,总生产能力约为十六万吨年,总消费量约为十二万吨年。其中生产能力在五千吨年以上的生产厂家主要有大庆油田有限公司化工总厂聚合物厂、北京恒聚油田化学剂有限公司 (即北京朝 阳水处理剂厂)、广东
21、李坛精细化工厂、山东淄川万松集团公司淄川社阳水处理剂厂 、天津市冰峰有机化工有限公司、山西太原重工 (集团)祁县聚合物有限责任公司以及河北冀油田化学厂等;生产能力在 2000-2000吨年的生产厂家主要有抚顺双庆化工有限责任公司、辽宁大连力佳化学制品公司、四川篷溪县顺达利聚合物有限公司、山东胜利油田钻井泥浆助剂厂、山东胜利油田聚合物有限公司、江苏武进精细化工厂、广东杏坛精细化工厂等 ,其它企业的生产能力均在 2000吨年以下 。产品主要包括非离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、亚胺基聚丙烯酰胺、磺甲基聚丙烯酰胺、胺基聚丙烯酰胺 、羟甲基聚丙酰胺以及水解聚丙烯酰胺盐等。在1995年,大庆油田有
22、限公司化工总厂聚合物厂从法国SNF公司引进的5万吨年聚丙烯酰胺生产装置,当时是我国最大的聚丙烯酰胺生产装置 ,在2000年,我国聚丙烯酰胺产量达到5.2万吨,产品分子量达1500万,进口量总量高达为2万公吨左右。2005年我国对聚丙烯酰胺的总需求量已达到142 kt,其中石油开采仍是聚丙烯酰胺占主要的消费领域,占总消费量的百分之七十,其它饭方面消费比例也有所增加。目前已能生产非离子、阳离子型PAM,并按胶体、干粉、胶乳等剂型以及分子量和离子度的不同分为许多牌号的产品。我国PAM产品和国外产品的主要差距是在生产品种上,国外阳离子产品占高分子合成絮凝剂总量的半数以上,而我国仅为 6,且产品分子量较
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