交聯(lián)改性方法的基本原理范文

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交聯(lián)改性方法的基本原理

篇1

關(guān)鍵詞:特高含水油藏;防砂堵水;井下發(fā)泡技術(shù);聚氨酯預(yù)聚體;凝膠發(fā)泡i固化時(shí)間;滲透性能

中圖分類號(hào):TE358 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2011)01-0059-02

機(jī)械防砂是立足于防的被動(dòng)工藝,不能適應(yīng)套變井防砂及高含水油井的防砂堵水;化學(xué)防砂從油層出砂的主要原因著手,能夠達(dá)到標(biāo)本兼治的目的。本文介紹一種能夠井下發(fā)泡的多孔化學(xué)防砂技術(shù)。該技術(shù)是將低粘度、凝膠發(fā)泡時(shí)間可控的液體材料注八到油井井筒附近的出砂、虧空地層中,在地層條件下發(fā)生凝膠和發(fā)泡反應(yīng),形成多孔的復(fù)合材料人工井壁,從而起到防砂的作用。

1 基本原理

該防砂劑是一種低粘度液體,由聚氨酯預(yù)聚體、發(fā)泡劑、增強(qiáng)劑、催化劑、交聯(lián)劑和稀釋劑組成。該材料中含有活性基團(tuán)NC0,它在地層條件下能夠與交聯(lián)劑和發(fā)泡劑作用,同時(shí)發(fā)生發(fā)泡和凝膠固化,最終形成具有開孔結(jié)構(gòu)的多孔復(fù)合材料。其滲透率可通過交聯(lián)劑和發(fā)泡劑的比例進(jìn)行控制:固化發(fā)泡時(shí)間可以由催化劑控制。由于是低粘度的液體,很容易進(jìn)八井壁周圍的虧空處,填滿虧空和大孔道。利用半硬發(fā)泡材料,在發(fā)泡過程中,當(dāng)氣體壓力大于地層壓力后,氣體便會(huì)自動(dòng)向地層里竄動(dòng),所以得到的多孔固體泡沫的孔道連通性好,保證了良好的滲透率,不會(huì)堵死油井。

2 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

2.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

主要實(shí)驗(yàn)以期包括巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、有機(jī)合成儀、萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)、電熱恒溫水浴鍋、循環(huán)水式多用真空泵、101A-IE型紅外干燥箱、電子天平等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將樹脂材料、發(fā)泡劑、催化劑、固化劑及其它添加劑按比例充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝蠹闯蔀榘l(fā)泡樹脂漿體。將漿體裝入25 x 60~80mm的玻璃管中,將其下端用金屬絲網(wǎng)或紗布?jí)簩?shí)封堵,然后置于恒溫水浴中,在定溫度(除非特別注明,實(shí)驗(yàn)溫度均為60%)下恒溫發(fā)泡固結(jié)一段時(shí)間,去除玻璃館,兩端除糙磨平后備用。再進(jìn)行固結(jié)體的抗折、抗壓強(qiáng)度、滲透率、擋砂性能的測(cè)定。

3 室內(nèi)研制

3.1 聚氨酯改性

我們根據(jù)需要確定基礎(chǔ)樹脂為二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的預(yù)聚體。由于MDI中活性基團(tuán)NcO非?;顫?,能夠迅速與聚醚中的羥基反應(yīng)固化,發(fā)泡固化時(shí)間非常短,僅為幾十秒到幾分鐘,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需要。為延長聚氨酯的固化時(shí)間,我們對(duì)聚氯酯進(jìn)行了改性,就是把NCO端基預(yù)聚體或多異氰酸酯基團(tuán)在一定條件下用封閉劑封閉起來,通過添加聚乙烯醇(PVA)作為改性劑對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性,封閉型預(yù)聚體的解離溫度在65cC左右,當(dāng)溫度升高到65℃后,混合均勻的聚乙烯醇和預(yù)聚體混合體系中的封閉劑解除,從而達(dá)到在地層溫度下才能夠緩慢解除封閉,達(dá)到延長固化時(shí)間的目的。

3.2 發(fā)泡劑的篩選

改變化學(xué)發(fā)泡劑H的添加量,如圖1、2所示,隨著發(fā)泡劑的增加,吸水性能下降,泡沫密度上升。并考察了發(fā)泡劑對(duì)發(fā)泡時(shí)間的影響,結(jié)果說明,隨著發(fā)泡劑H使用量增加固化時(shí)間延長,最終確定發(fā)泡劑H最佳的添加量為0.5%左右。

3.3固化劑的篩選

研究結(jié)果說明,固化劑對(duì)膨脹體積的影響是先增后降,分析認(rèn)為這是因?yàn)樵诎l(fā)泡劑H使用過程需要加入催化劑,本研究中固化劑中所含的有機(jī)酸就是其發(fā)泡的催化劑之一,在固化劑開始增加階段,大部分用于催化發(fā)泡劑H進(jìn)行發(fā)泡,而起固化作用的固化劑量很少,造成了固化時(shí)間延長,但隨著固化劑的繼續(xù)增大,固化時(shí)間開始明顯縮短,其合適的使用量為4%-6%。測(cè)定固結(jié)體的抗折強(qiáng)度>3.5MDa,抗壓強(qiáng)度>6.0MPa。

3.4 緩釋酸延長發(fā)泡固化時(shí)間

我們通過酸的緩慢釋放來解決發(fā)泡固化時(shí)間過短的問題,本文所使用的緩釋液是由酸溶液和油形成的油包水型乳化液失水山梨糖醇單油酸酯(Span80),在聚氨酯泡沫發(fā)泡過程中,含酸的乳化液的外層油膜能夠延緩和阻隔酸與發(fā)泡劑的接觸,當(dāng)乳化液和含發(fā)泡劑的聚氯酯注入地下,溫度升高造成乳化液油膜破裂,釋放出酸,在酸的作用下完成聚氨酯發(fā)泡,這樣達(dá)到延長發(fā)泡固化時(shí)間的目的。實(shí)驗(yàn)確定合適的使用量為20%。發(fā)泡時(shí)間可延長到90min,固結(jié)完成時(shí)間在40h以上,能夠滿足現(xiàn)場施工的需要。

4 主要性能評(píng)價(jià)

4.1 滲透性能考察

聚氨酯泡沫的滲透性能的考察見表2,對(duì)于水相滲透率在0.5~2.0um2范圍內(nèi)的驅(qū)替模擬試驗(yàn)巖芯,聚氨酯泡沫的滲透率在0.3-1um2之間,抗壓強(qiáng)度大于6.0MPa。

4.2 防砂性能考察

表3是聚氯酯泡沫的防砂性能考察結(jié)果,所使用的粒徑范圍在0.1加6之間,可見聚氨酯泡沫擋砂性能優(yōu)異,尤其是對(duì)于大粒徑的砂粒擋堵效果更好。

4.3 耐沖刷性能考察

先用不同滲透率的砂管巖芯,測(cè)水相滲透率Kw,再擠1PV泡沫膠液(分別為1號(hào)和2號(hào)),在6℃下恒溫養(yǎng)護(hù)24h后,取出測(cè)堵后水相滲透率Kw’。再繼續(xù)用水驅(qū)替,每驅(qū)替一定體積倍數(shù),測(cè)Kw’。由表4可知,隨著驅(qū)替液量的增加,滲透率基本不變,說明具有較強(qiáng)耐水沖刷能力。

4.4 耐介質(zhì)性能考察

將固結(jié)體分別浸入到污水、柴油、10%酸、10%堿等不同的介質(zhì)中,在密閉的條件下恒溫放置10天、20天和30天,取出測(cè)定浸泡后的抗壓強(qiáng)度,數(shù)據(jù)說明,聚氯酯泡沫耐酸破、耐有機(jī)溶劑和耐水性能優(yōu)異,只有在柴油中強(qiáng)度才稍有下降。

5 現(xiàn)場試驗(yàn)

截至2010年11月,共開展井下發(fā)泡成型多孔復(fù)合材料油水井防砂78井次,現(xiàn)場施工采用400型水泥車施工,施工簡單,平均作業(yè)占井周期5.5天;平均單井使用防砂劑6.2t。按照90天有效期計(jì)算防砂成功率,防砂成功率100%;其中油井試驗(yàn)65井次,措施后含水下降53井次,含水下降3個(gè)百分點(diǎn),水井試驗(yàn)12井次,對(duì)應(yīng)油井含水下降16井次,防砂堵水見效率達(dá)到60%,在試驗(yàn)井中包括33井次的套變井。平均有效期超過了290天。截止到2010年11月15日,累計(jì)增產(chǎn)原油5879t,現(xiàn)場施工過程順利、安全,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)該技術(shù)防砂強(qiáng)度大、滲透率可調(diào),防砂后井筒殘留物可沖洗,能夠適應(yīng)特高含水油藏的油水井防砂堵水及套變井不留塞防砂。

(2)該技術(shù)現(xiàn)場施工工藝安全、簡單,作業(yè)占井時(shí)間短,防砂成功率高,防砂堵水增油效果好,同時(shí)套變井防砂問題的解決完善了井網(wǎng)注采關(guān)系。

(3)該技術(shù)措施效率高,對(duì)于采油廠壓縮投資成本、提高措施效率具有重要積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1]趙福麟.采油用荊[M]石油大學(xué)出版社,1997

[2]王云峰.張春光.表面活性劑及其在油氣田中的應(yīng)用[M].石油工業(yè)出版社.1995.

篇2

關(guān)鍵詞:再生蛋白質(zhì)纖維;鑒別方法;標(biāo)準(zhǔn);測(cè)試

再生蛋白質(zhì)纖維是指將動(dòng)物蛋白或植物蛋白采用高科技紡絲技術(shù)制備而成的纖維。動(dòng)物蛋白可來源于經(jīng)牛奶提純的酪素、蠶絲或絹絲提取的蠶蛹蛋白、由報(bào)廢羊毛或下腳料提取的羊毛角蛋白、從動(dòng)物皮和軟骨中提取的膠原蛋白以及從淡水飼養(yǎng)貝殼中提取的珍珠蛋白等;植物蛋白有從大豆豆粕中提出的大豆蛋白、從桑樹葉中提取的桑樹蛋白以及由花生粕生產(chǎn)的花生蛋白等。市場上已規(guī)模生產(chǎn)的再生蛋白質(zhì)纖維多達(dá)十種,生產(chǎn)供應(yīng)商大都以纖維表面含有蛋白質(zhì)而與人體皮膚親和性好、富含多種氨基酸具有良好的保健作用等作為產(chǎn)品的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)對(duì)其進(jìn)行宣傳和推廣。

1 分類

純蛋白再生纖維因無法獲得可用的力學(xué)性質(zhì)而很難制取,一般采用將蛋白質(zhì)溶液與其他高聚物材料進(jìn)行共混紡絲或?qū)⒌鞍踪|(zhì)與其他高聚物進(jìn)行接枝共聚來制備再生蛋白質(zhì)纖維。目前常用的高聚物基體材料包括三大類:

1)維綸基體材料:大豆纖維是將大豆蛋白溶液與聚乙二醇縮甲醛共混經(jīng)濕法紡絲而成,纖維具有明顯的皮芯結(jié)構(gòu),皮層為結(jié)構(gòu)緊密的蛋白質(zhì),芯層是多孔空隙狀的維綸材料[1]。

2)腈綸基體材料:牛奶蛋白復(fù)合纖維是由經(jīng)牛奶分離出的酪素蛋白與聚丙烯腈經(jīng)接枝共聚生成高聚物或兩者共混經(jīng)濕法紡絲而制備的新型纖維[2]。纖維縱向表面有無規(guī)則的溝槽。

3)纖維素基體材料:將動(dòng)物蛋白或植物蛋白溶液與纖維素粘膠紡絲液共混,采用濕法紡絲工藝進(jìn)行噴絲,在凝固浴中固化成型,形成穩(wěn)定的皮芯結(jié)構(gòu)。木蛹蛋白粘膠長絲[3]、木蛹蛋白粘膠短纖維[4]、玉蠶纖維、柔絲纖維、珍珠纖維等都是以粘膠為基體成型的再生蛋白質(zhì)纖維。

2 現(xiàn)有定性方法

紡織纖維材料的鑒別是通過燃燒性能、外觀形態(tài)、化學(xué)溶解、紅外光譜分析、密度測(cè)量等方法表征某一類材料的特有性能。專業(yè)紡織纖維檢測(cè)機(jī)構(gòu)、高校及相關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)等在常規(guī)纖維鑒別過程中一直遵循“一扯、二燒、三看、四溶”的原則,先區(qū)分纖維大類,再借助相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行特定的分析。FZ/T 01057—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》介紹了大豆蛋白纖維和牛奶蛋白改性聚丙烯腈纖維的定性方法。

燃燒法[5]。纖維的燃燒特征見表1。

顯微鏡觀察法[6]。纖維在顯微鏡下橫截面和縱截面形態(tài)特征見表2。

溶解法[7]。纖維溶解特征見表3。

含氯含氮呈色反應(yīng)法[8]。含有氯、氮元素的纖維用火焰、酸堿法檢測(cè)會(huì)呈現(xiàn)特定的呈色反應(yīng)。由于牛奶纖維和大豆纖維中的蛋白質(zhì)成分含有大量的氨基,所以氮元素有顯色反應(yīng)見表4。

密度梯度法[9]。纖維密度見表5。

紅外光譜法[10]。紅外特征吸收譜帶可反映材料中分子基團(tuán)和化學(xué)鍵的信息。再生蛋白質(zhì)纖維是由蛋白質(zhì)和基體材料復(fù)合的兩相材料,其紅外光譜圖應(yīng)反映兩種材料的各自特征吸收譜帶,見圖1和圖2。

從圖1可以看出,大豆蛋白纖維和牛奶蛋白纖維在1660 cm-1酰胺吸收譜帶I、1535 cm-1酰胺吸收譜帶II、1450 cm-1 處碳氮鍵伸縮振動(dòng)吸收峰表明纖維成分內(nèi)含有蛋白質(zhì)特有的酰胺鍵;而前者在3300 cm-1 的—OH伸縮振動(dòng)、1019cm-1處的強(qiáng)吸收和848 cm-1處較弱吸收是維綸纖維中—C—O—C的典型特征譜帶,后者在2245 cm-1 附近的C—SN伸縮振動(dòng)光譜與腈綸相同。需要指出的是,市面上生產(chǎn)和銷售的大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維中蛋白質(zhì)含量均在20%以上,利用紅外光譜分析技術(shù)可以對(duì)蛋白質(zhì)成分進(jìn)行定性鑒別,但由于許多纖維素基再生蛋白質(zhì)纖維中蛋白含量不超過10%,環(huán)境、基體材料等因素在測(cè)試過程中會(huì)對(duì)紅外光譜產(chǎn)生干擾而導(dǎo)致無出峰或被強(qiáng)吸收峰掩蓋,無法對(duì)此類纖維進(jìn)行客觀全面的評(píng)價(jià)。

3 現(xiàn)有定量方法

化學(xué)溶解法

GB/T 2910.101—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第101部分:大豆蛋白復(fù)合纖維與某些其他纖維的混合物》和FZ/T 01103—2009《紡織品 牛奶蛋白改性聚丙烯腈纖維混紡產(chǎn)品 定量化學(xué)分析方法》分別規(guī)定了大豆蛋白纖維、牛奶蛋白改性聚丙烯腈纖維二組分混合物的化學(xué)定量原理與分析方法。這兩個(gè)方法標(biāo)準(zhǔn)的定量原理是先用1mol/L次氯酸鈉溶液溶解蛋白質(zhì)成分,再用20%鹽酸溶解大豆蛋白纖維剩余物或50%(或65%)硫氰酸鉀溶液溶解牛奶蛋白纖維剩余物。

凱氏定氮法

對(duì)于含有少量蛋白質(zhì)成分的再生蛋白質(zhì)纖維,因纖維基體材料對(duì)酸、堿溶劑的穩(wěn)定性難以把握,在溶解蛋白質(zhì)成分時(shí)會(huì)部分溶解其他組分,使結(jié)果的準(zhǔn)確性偏差大,并且基于氨基酸組分對(duì)人體皮膚的特殊功效,對(duì)纖維中蛋白質(zhì)或氨基酸含量的測(cè)試更能突出再生蛋白質(zhì)纖維的獨(dú)特性能。凱氏定氮法是一種測(cè)定蛋白質(zhì)含量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本方法。

由宜賓海絲特纖維有限公司和上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所等單位起草的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 54028—2010《蛋白質(zhì)粘膠短纖維》附錄A中推薦采用的粘膠纖維蛋白質(zhì)含量試驗(yàn)方法可歸類于凱氏定氮法?;驹硎菍⒑鞍踪|(zhì)試樣在催化劑中用濃酸消解,在強(qiáng)堿作用下蒸餾使氨氣揮發(fā),經(jīng)硼酸收集后用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定,計(jì)算含氮量并轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)含量。該方法具有成本低、易于推廣等特點(diǎn),但試驗(yàn)過程復(fù)雜繁瑣,可變量多,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換計(jì)算較為粗獷,不太適應(yīng)現(xiàn)代檢測(cè)快速、準(zhǔn)確的定量思路。

氨基酸分析法

氨基酸的種類和數(shù)量在不同蛋白質(zhì)中的分布是有特異的。羊毛角蛋白中豐富的二硫鍵交聯(lián)形式(胱氨酸和半胱氨酸)是區(qū)別其他蛋白質(zhì)的主要特征;桑蠶絲素蛋白中甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸和酪氨酸的含量占總氨基酸含量的90%以上[11];大豆蛋白中谷氨酸、天門冬氨酸、亮氨酸和脯氨酸較多。張弦用121MB型氨基酸分析儀測(cè)定了大豆蛋白質(zhì)改性纖維中氨基酸含量[12];阮超明等人用全自動(dòng)氨基酸分析儀測(cè)定了牛奶蛋白改性聚丙烯腈纖維中的氨基酸的含量,并對(duì)不同種類的氨基酸進(jìn)行歸類分析[13];丁麗君對(duì)珍珠共混纖維素纖維的氨基酸組分進(jìn)行了分析[14]。目前沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和方法對(duì)紡織品中氨基酸含量進(jìn)行測(cè)定,難以鑒別未知纖維中是否含有氨基酸及測(cè)定其含量。

4 結(jié)語

再生蛋白質(zhì)纖維的鑒別方法的研究目前多停留在燃燒法、顯微鏡法和化學(xué)溶解法等宏觀方面,在蛋白質(zhì)分子鑒別、元素分析等方面的研究還不夠,無法從根本上區(qū)別纖維中是否含有蛋白成分,現(xiàn)有方法標(biāo)準(zhǔn)還有待更進(jìn)一步的深入研究和完善。

參考文獻(xiàn):

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[3] 四川省宜賓惠美線業(yè)有限責(zé)任公司,宜賓絲麗雅集團(tuán)有限公司.一種木蛹蛋白粘膠長絲的制造方法:中國專利,CN101962822B[P]. 2011-2-2.

[4] 四川省宜賓惠美線業(yè)有限責(zé)任公司,成都華明玻璃紙股份有限公司,等.一種木蛹蛋白粘膠短纖維的制造方法:中國專利,CN101974800A[P]. 2011-2-16.

[5] FZ/T 01057.2—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第2部分:燃燒法[S].

[6] FZ/T 01057.3—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第3部分:顯微鏡法[S].

[7] FZ/T 01057.4—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第4部分:溶解法[S].

[8] FZ/T 01057.4—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第5部分:含氯含氮呈色反應(yīng)法[S].

[9] FZ/T 01057.7—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第7部分:密度梯度法[S].

[10] FZ/T 01057.8—2012紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第8部分:紅外光譜法[S].

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[12] 張弦.大豆蛋白質(zhì)改性纖維的性能及應(yīng)用研究[D].天津工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.

篇3

1.1臭氧氧化

臭氧是一種強(qiáng)有力的氧化劑,它對(duì)除分散染料以外的所有染料廢水都有脫色能力,能夠氧化分解染料分子的發(fā)色或助色基團(tuán),生成相對(duì)分子質(zhì)量較小的有機(jī)酸和醛類,從而達(dá)到去除色度的目的[1]。G.Ciardelli等[2]在實(shí)驗(yàn)室中試規(guī)模處理紡織工業(yè)廢水的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),臭氧對(duì)廢水色度的去除率為95%~99%,雖然處理出水中CODCr去除率最高只有60%,但將出水回用于染色工藝效果令人滿意。張健俐等[3]用臭氧和活性炭組合工藝對(duì)淄博市某紡織企業(yè)的印染廢水進(jìn)行深度處理,當(dāng)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為80~100mg/L時(shí),出水CODCr的質(zhì)量濃度為6~10mg/L,可以滿足該廠冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。A.Bes-Pia等[4]將臭氧作為納濾的預(yù)處理工藝處理印染廢水的生化出水,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)臭氧投加量為4g/h,氧化時(shí)間為60min時(shí),CODCr去除率達(dá)43%,納濾后電導(dǎo)率下降了65%以上,出水的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。H.Sel觭uk等[5]考察了臭氧氧化對(duì)紡織染整廢水急性毒性、色度和溶解性CODCr的去除效果,在臭氧的質(zhì)量濃度為129~200mg/L時(shí),廢水的急性毒性可降低80%~90%,色度去除率可達(dá)86%~96%,溶解性CODCr去除率可達(dá)33%~39%,總CODCr去除率可達(dá)57%~64%,處理后廢水的CODCr濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)。In-SoungChang等[6]用臭氧-膜過濾組合工藝處理數(shù)碼紡織印染廢水,以臭氧作為預(yù)處理工藝,處理之后的廢水經(jīng)過超濾-反滲透工藝處理后可以達(dá)到廢水排放和回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(韓國雙水質(zhì)供水系統(tǒng)水質(zhì)指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn),CODCr的質(zhì)量濃度小于20mg/L,色度小于20度)。臭氧對(duì)于染料廢水的脫色效果十分明顯,但臭氧并不能完全破壞所有染料的分子結(jié)構(gòu)[7],因而對(duì)CODCr的去除效果比較差,較少被單獨(dú)采用,可在臭氧氧化后進(jìn)行活性炭吸附或膜過濾。由于臭氧在水中的溶解度較低,所以如何更有效地將臭氧溶于水是該技術(shù)研究的熱點(diǎn)。另外,臭氧氧化產(chǎn)物毒性的研究和低成本臭氧發(fā)生器的開發(fā),也是該技術(shù)在推廣過程中需要解決的問題。

1.2Fenton氧化

Fenton試劑利用Fe2+作為H2O2的催化劑,生成具有強(qiáng)氧化性和反應(yīng)活性的•OH,形成的•OH通過電子轉(zhuǎn)移等途徑使水中有機(jī)物被氧化分解成為小分子,同時(shí)Fe2+被氧化成Fe3+,產(chǎn)生混凝沉淀,將大量有機(jī)物凝結(jié),從而去除。由于其極強(qiáng)的氧化能力,特別適合處理成分復(fù)雜(同時(shí)含有親水性和疏水性染料)的染料廢水。史紅香等[8]對(duì)Fenton試劑氧化處理印染廢水進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在最佳條件下印染廢水的色度去除率達(dá)到99%,CODCr去除率達(dá)到91%,出水CODCr的質(zhì)量濃度達(dá)到61mg/L。顧曉揚(yáng)等[9]研究了Fenton-曝氣生物濾池(BAF)組合工藝處理酸性玫瑰紅印染廢水,結(jié)果表明,F(xiàn)enton試劑預(yù)處理可去除色度和部分有機(jī)物,且可提高廢水的可生化性,再通過后續(xù)BAF工藝可去除大部分有機(jī)物,最終可使出水色度低于20度,CODCr的質(zhì)量濃度低于20mg/L,達(dá)到GB/T18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)。WangXiangying等[10]利用混凝-水解酸化-Fenton試劑氧化組合工藝處理牛仔服裝洗水廢水,CODCr、BOD5、SS和色度的去除率分別為95%、94%、97%和95%,出水可以達(dá)到GB4287—92《紡織染整工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。王利平等[11]采用Fenton法對(duì)某印染廢水處理廠二沉池出水進(jìn)行深度處理,在最佳工藝條件下,對(duì)CODCr、TN、NH3-N、TP、色度的去除率分別為84%、27%、46%、75%和83%,出水水質(zhì)達(dá)到了DB32/1072—2007《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》的要求。FengF等[12]采用Fenton氧化-MBR組合工藝,對(duì)綜合印染廢水處理廠出水進(jìn)行深度處理,經(jīng)過Fenton氧化后,廢水的TOC和色度平均去除率分別為39.3%和69.5%,氧化后的出水經(jīng)過MBR處理后可以達(dá)到GB/T18920—2002的要求。Fenton氧化技術(shù)具有快速高效、可產(chǎn)生絮凝、設(shè)備簡單、成本低、技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn),在紡織工業(yè)廢水處理研究中應(yīng)用較多。Fenton氧化技術(shù)存在的問題:H2O2在運(yùn)輸過程中分解,從而導(dǎo)致氧化效率降低;反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀物如處理不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致二次污染。由于出水中常含有大量的鐵離子,因而鐵離子的固定化技術(shù)是今后Fenton氧化技術(shù)的重要發(fā)展方向。

1.3二氧化氯氧化

二氧化氯可以與許多直接染料和活性染料反應(yīng),在pH值小于或等于7時(shí),二氧化氯的分解產(chǎn)物對(duì)染料的發(fā)色基團(tuán)具有取代作用,并能與染料分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵進(jìn)行加成,破壞染料的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán),從而達(dá)到脫色的目的?;诙趸鹊倪@一性質(zhì),可將其用于處理印染廢水。林大建等[13]利用二氧化氯作為強(qiáng)氧化劑對(duì)漂染廢水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解,試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)CODCr的去除率大于78%,對(duì)色度的去除率大于95%,水的循環(huán)利用率可達(dá)72%。蘇玫舒等[14]研究了混凝-二氧化氯法對(duì)有機(jī)印染廢水的處理效果,結(jié)果表明,在最佳工藝條件下,CODCr、BOD5、色度的平均去除率分別達(dá)到88.3%、91.8%、94.5%,出水符合GB8978—1988《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。鄭志軍等[15]采用二氧化氯氧化-活性炭組合法處理印染廢水,最終使印染廢水的脫色率達(dá)到92.44%,處理后的廢水指標(biāo)符合GB4287—92的要求。曹向禹[16]采用二氧化氯催化氧化法對(duì)沉淀后的印染廢水進(jìn)行處理,在最佳的反應(yīng)條件(二氧化氯投加量為100mg/L,催化劑投加量為1g/L,溶液pH值為6.5,反應(yīng)時(shí)間為45min)下,氧化后的廢水CODCr的質(zhì)量濃度小于120mg/L,色度小于或等于40倍。二氧化氯對(duì)于印染廢水中的染色助劑和洗滌劑等難降解物質(zhì)的去除效果較差,因此,二氧化氯氧化法的發(fā)展方向是與混凝、氣浮、吸附、過濾和生化法等組合,以滿足深度處理和回用標(biāo)準(zhǔn)。

1.4光催化氧化

光催化氧化大多采用光敏半導(dǎo)體TiO2為催化劑,以太陽光為潛在的輻射源,激發(fā)半導(dǎo)體催化劑而產(chǎn)生空穴和電子對(duì),空穴與水、電子與溶解氧反應(yīng),分別產(chǎn)生•OH和O2-,二者都具有很強(qiáng)的氧化還原作用,可以催化水中有機(jī)物的氧化和降解反應(yīng)。當(dāng)應(yīng)用于紡織工業(yè)廢水處理時(shí),廢水中的染料本身就是一種光敏化劑,在染料分子的協(xié)助下,催化劑可以被較長波長的光間接激發(fā),擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍[17-18]。N.N.deBrito-Pelegrini等[19]使用TiO2對(duì)經(jīng)過活性污泥法處理后的含有活性染料的印染廢水二級(jí)出水進(jìn)行深度處理。在最佳反應(yīng)條件下,CODCr、BOD5、TOC和色度的去除率分別可達(dá)65%、40%、29.3%和92%。金亮基等[20]以鈦酸四丁酯為鈦源,Al2O3為載體對(duì)實(shí)際印染廢水進(jìn)行光催化降解研究。結(jié)果表明,光催化處理染料廢水的最佳工藝條件為:pH值為4,催化劑投加量為6g/L,30W紫外燈光照1h,出水CODCr的質(zhì)量濃度為46mg/L左右,色度接近0,水質(zhì)達(dá)到印染廠回用標(biāo)準(zhǔn)。馮麗娜等[21]采用TiO2/活性炭負(fù)載體系對(duì)印染廢水的生化處理出水進(jìn)行深度處理,試驗(yàn)結(jié)果表明:在光照時(shí)間為30min,催化劑投加量為3g時(shí),出水CODCr的質(zhì)量濃度為50mg/L,色度為2倍左右,可以達(dá)到印染行業(yè)回用水標(biāo)準(zhǔn)。高永等[22]利用MBR-光催化氧化組合工藝處理某紡織園區(qū)綜合廢水,廢水經(jīng)MBR工藝處理后,大部分的CODCr、濁度和色度都被去除,出水的透光性大大提高,經(jīng)光催化氧化后,出水水質(zhì)可以達(dá)到GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)和CJ/T48—1999《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的生活雜用水要求。L.S.Roselin等[23]使用ZnO作為光催化劑處理印染廢水,試驗(yàn)結(jié)果表明,在太陽光照射下,經(jīng)過2.5h光催化氧化處理,廢水中的污染物質(zhì)可以被完全去除,處理出水能夠回用于染色工序。光氧化法深度處理印染廢水脫色效果較高,但處理后TiO2難以回收且產(chǎn)生自由基的量子效率較低,設(shè)備投資和電耗還有待進(jìn)一步改善。光催化技術(shù)未來的研究重點(diǎn)是廉價(jià)高活性催化劑的制備、分離回收及固定化,以及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、光能利用率的提高和與超聲波、微波等物理技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用。

1.5光電催化氧化

由于光催化反應(yīng)中使用的催化劑二氧化鈦為粉末狀,在使用后很難從反應(yīng)體系中分離,光催化劑受到光照射后產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)復(fù)合概率較大,光子利用效率較低,光催化活性不高。為了解決以上不足,將TiO2粉末固定在導(dǎo)電的金屬上,同時(shí),將固定后的催化劑作為工作電極,采用外加恒電流或恒電位的方法迫使光致電子向?qū)﹄姌O方向移動(dòng),從而與光致空穴發(fā)生分離。這種方法稱為光電催化方法。光電催化技術(shù)能夠減少電子空穴對(duì)的復(fù)合幾率,提高光催化效率[24]。Y.S.Sohn等[25]使用TiO2納米管對(duì)含有甲基橙的廢水進(jìn)行光電催化降解,在反應(yīng)30min內(nèi),即可將溶液中濃度為40μmol/L的甲基橙完全降解。M.G.Neelavannan等[26]以TiO2作為工作電極,對(duì)含有染料的紡織廢水進(jìn)行光電催化降解研究,結(jié)果表明,經(jīng)過7h的光電催化氧化,可以去除廢水中90%的CODCr和全部的色度。卑圣金等[27]使用以負(fù)載改性納米TiO2的活性炭顆粒為填充電極的三維光電催化反應(yīng)裝置,對(duì)活性染料染色廢水進(jìn)行原位光電脫色處理,脫色后的廢水可以回用于織物的活性染料染色中。陳智棟等[28]采用等體積浸漬法制備了膨脹石墨負(fù)載銳鈦礦型納米TiO2,以NaCl作為支持電解質(zhì),對(duì)主要成分為活性藍(lán)的印染廢水進(jìn)行光電協(xié)同處理后,脫色率達(dá)到99.3%,CODCr降低約93.1%。目前對(duì)光電催化技術(shù)的研究方向是高活性、高穩(wěn)定光催化劑的制備,光電催化過程機(jī)理的深入研究以及新型反應(yīng)器的開發(fā)。

1.6濕式催化氧化

濕式催化氧化是在高溫、高壓下,利用氧化劑將廢水中的有機(jī)物氧化成無機(jī)物和水,從而達(dá)到去除污染物的目的。與常規(guī)方法相比,具有適用范圍廣,處理效率高,極少有二次污染,氧化速率快,可回收能量及有用物質(zhì)等特點(diǎn)。S.Kim等[29]使用交聯(lián)粘土作為載體,負(fù)載Al-Cu作為催化劑,在80℃常壓條件下對(duì)含有活性染料的廢水進(jìn)行催化降解,在反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí),活性染料可以被完全去除。MaHongzhu等[30]采用固相化學(xué)反應(yīng)法制備了CuO-MoO3-P2O5催化劑,試驗(yàn)結(jié)果表明,制備的催化劑對(duì)含有亞甲藍(lán)的染料廢水具有較高的催化活性,在低溫(35℃)常壓下反應(yīng)10min,亞甲藍(lán)的去除率為99.26%,且催化劑在使用3次之后仍保持較高的催化活性。A.Santos等[31]使用商業(yè)活性炭作為催化劑,對(duì)紡織廢水中發(fā)現(xiàn)的3種染料(橙黃G、亞甲藍(lán)和亮綠),在160℃,壓力16bar條件下,廢水在很短的停留時(shí)間內(nèi)就取得了完全脫色的效果。ZhangYang等[32]使用生物模板法制得了具有納米管結(jié)構(gòu)的多金屬氧酸鹽(Zn1.5PMo12O40)催化劑,該催化劑處理含有番紅花紅T的廢水,在室溫常壓下反應(yīng)40min,可以去除廢水中98%的色度和95%的CODCr,反應(yīng)后番紅花紅T被完全礦化為無機(jī)物(HCO3-、Cl-和NO3-等),TOC去除率為92%。BiXiaoyi等[33]以γ-Al2O3為載體,采用浸漬-沉淀法制備了CuOn-La2O3/γ-Al2O3催化劑,使用微波強(qiáng)化ClO2催化氧化處理含有活性艷黃染料的廢水,結(jié)果表明,在最佳工藝條件下,廢水脫色率可達(dá)92.24%。為染料廢水的處理提供了一種行之有效的新方法。濕式氧化一般要求在高溫高壓的條件下進(jìn)行,設(shè)備費(fèi)用大,系統(tǒng)的一次性投資高,僅適于小流量高濃度的廢水處理;且在氧化過程中可能會(huì)產(chǎn)生毒性較強(qiáng)的中間產(chǎn)物,在實(shí)際推廣應(yīng)用方面存在著一定的局限性。濕式氧化的發(fā)展趨勢(shì)是制備在溫和條件下具有較高催化活性的催化劑,解決催化劑的流失和失活問題。

1.7電化學(xué)處理

廢水電解處理法是應(yīng)用電解的基本原理,使廢水中污染物回收凈化的過程,包括直接電化學(xué)過程和間接電化學(xué)過程2個(gè)方面[34]。印染廢水中的染料分子的降解主要是通過間接氧化過程。電化學(xué)處理法包括電化學(xué)氧化還原、電凝聚電氣浮法、內(nèi)電解、電滲析等方法。E.N.Leshem等[35]采用電化學(xué)氧化法處理紡織廢水,并考察處理后的廢水回用于各工藝的效果,結(jié)果表明,處理后的廢水可以回用于深色染色工序和作為沖洗水,若回用于淺色染色工序,則需對(duì)染料濃度和助劑做調(diào)整。N.Mohan等[36]使用電化學(xué)法處理紡織廢水,在電解產(chǎn)生的強(qiáng)電極電勢(shì)物質(zhì)的氧化下,廢水中的CODCr大幅降低,處理后的廢水可以回用于染色工序。S.Raghu等[37]采用電解-離子交換聯(lián)合工藝處理紡織染料廢水,該工藝能夠高效地去除和降低廢水中的色度、CODCr、鐵離子、電導(dǎo)率、堿度和總?cè)芙夤腆w,經(jīng)過處理后的廢水水質(zhì)可以滿足紡織工業(yè)回用水標(biāo)準(zhǔn)。王寶宗等[38]采用內(nèi)電解法對(duì)經(jīng)過生化處理后仍不能達(dá)標(biāo)的印染廢水進(jìn)行深度處理試驗(yàn),結(jié)果表明:廢水的色度去除率可達(dá)87.5%,CODCr的去除率也可達(dá)到50%~80%,處理后的出水完全達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。劉勇健等[39]利用鐵炭微電解反應(yīng)器對(duì)印染廢水的深度處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究,工藝對(duì)CODCr的去除率均達(dá)到70%以上,色度去除率為99%,鹽度達(dá)1000mg/L以下,硬度達(dá)220mg/L以下,出水水質(zhì)達(dá)到印染廢水的回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。電化學(xué)法能有效地破壞生物難降解有機(jī)物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),使污染物徹底降解,無二次污染,但電能及電極材料耗量大,氧化過程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)氯副產(chǎn)物,處置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題。電化學(xué)氧化法今后研究的核心內(nèi)容為新型電催化陽極、電化學(xué)反應(yīng)器和電化學(xué)氧化處理工藝的開發(fā)。