复合活性体系（共7篇）
复合活性体系 篇1
复合活性体系降压增注是针对目前低渗透油田吸水能力差注入压力高开发的一种技术。本文报道一种新型复合活性体系的性质与降压增注效果。本文考察了系列复合活性体系的表界面性能、润湿性和降压增注性能, 在此基础开展了矿场实验。1
一、实验
1. 试剂与仪器
双子表面活性剂:G43、G44和G64 (自制) , 白色固体。
仪器:SVT20型视频旋转滴张力仪 (Data physics公司) 、天平、美国BROOKFIELD恒温水浴TC-202D
胜利油田临盘采油厂的注入水为Na HCO3水型。临盘商三区块的地面原油密度为0.854 g/cm3, 黏度为9.5 m Pa٠s, 凝固点为28℃;地层原油的密度为0.730 g/cm3, 黏度为0.82 m Pa٠s, 凝固点为28℃, 硫含量0.27% (质量分数, 下同) , 沥青质含量1.08%, 胶质含量4.57%。孤岛地面原油的密度为0.986 g/cm3, 黏度为5 775 m Pa٠s。
降压增注物模实验所用的岩心为临盘X502区块的天然岩心。实验所用水为胜利油田临盘采油厂1316站注入水。
2. 实验方法及实验过程
(1) 复合活性体系的表面张力测定
用表面张力法测定现场注入水配制的复合活性体系G43溶液的表面性能, 分别测试了在50℃、70℃、90℃时的表面张力值。
(2) 复合活性体系活剂的界面张力测定
在70℃条件下, 实验室用TX-550A型界面张力仪测定临盘X502区块 (及商13块) 脱水原油与现场注入水配制的活性剂溶液的动态界面张力。
(3) 复合活性体系的润湿性实验
将处理后的待测玻璃表面浸入油相中, 在待测玻璃表面滴上一滴表面活性剂溶液;利用一定的光学仪器将液滴形状投影在屏板上并且放大, 再通过投影屏板上的标尺测出接触角。
(4) 复合活性体系的耐温耐盐性能评价
用4万的标准盐水配制双子表面活性剂的溶液封于老化罐中, 置于130℃恒温烘箱中24 h, 观察溶液的现象, 并测定其表面性能。
(5) 驱替实验
对天然岩心不进行洗油实验, 在原始天然含油存在情况下, 先进行水驱到压力平衡, 然后在转注活性剂溶液, 测其平衡后的压力, 最后再转水驱, 比较前后压力的变化。该实验主要在天然含油饱和度情况下评价活性剂的降压效果。
二、实验结果与讨论
1. 复合活性体系的表面性能
从实验得出, 随着表面活性剂浓度的增加, 水溶液的表面张力曲线出现一个拐点, 该拐点对应的浓度即为临界胶束浓度, 该浓度处的表面张力即为平衡表面张力, 其中当G43浓度为1ppm时, 表面张力值为20.57 m N/m, , 这表明双子表面活性剂在较低浓度下具有高的表面活性。
2. 复合活性体系的界面性能
复合活性体系溶液在70℃下与原油之间的界面张力, 随复合活性体系含量的增加, 界面张力呈现先迅速下降后增大的趋势, 出现这一趋势对增强活性水对低渗透油田残余油的启动是非常有利的。活性水通过多孔介质渗流时产生的剪切作用和超低界而张力条件, 使残余油乳化成小油珠被水夹带渗流;低油水界而张力使油滴更易变形, 通过孔隙喉道时阻力减少, 油的相对渗透率提高;同时, 残余油的启动可疏通水的渗流通道, 使水的相对渗透率上升。因此, 在应用于现场前应确定复合活性体系的最佳含量。在浓度为50ppm时, G43可以达到超低界面张力值0.0045m N/m。
3. 复合活性体系的润湿性实验
对于油湿表面, 随着复合活性体系浓度的增加, 油湿表面逐渐变为水湿, 即接触角逐渐变小, 复合活性体系可将亲油表面改变为亲水甚至强亲水表面。
4. 复合活性体系的耐温耐盐性能评价
用标准盐水配制复合活性体系的溶液经过130℃恒温烘箱中24h后, 溶液无悬浮物或沉淀产生, 体系稳定。测定溶液的表面张力几乎没有变化。因此, 可以看出复合活性体系的具有很好的耐温和耐盐性能。
5. 驱替实验
不同浓度的G44表面活性剂岩心渗流实验表明, 在注入复合活性体系水溶液之后, 低渗透岩心注入压力得到不同程度的降低。
先进行水驱到压力平衡, 然后在转注活性剂溶液。转入活性剂溶液, 可以发现压力明显下降并逐渐稳定。
在其他参数保持不变的情况下, 注入压力与水的有效渗透率成反比。若能提高水的有效渗透率, 就能降低注入压差。由此讨论结果可知, 如果界面张力下降, 油、水的相对渗透率均上升;如果同时能增加岩石的亲水性, 则水的相对渗透率值应更高更有利于降低注入压力。
复合活性体系可与原油间产生超低界而张力, 改变润湿性的效果也很好, 因而可使水的注入压力大幅下降。
三、现场应用
1. 体系配制与注入工艺
根据地层特点和油水情况分析, 选择合适的活性剂体系浓度及体系注入量, 注入方式为段塞注入。在初期注入速度较慢, 表活剂注入后压力会缓慢下降, 注入量逐渐上升。达到一定注入量后, 一般在现场注入过程中随着注入量的增加进行调整。
2. 现场试验效果及分析
2011-6-18日在史更104进行了降压增注实验, 施工前日注水量7m3, 油压28.6MPa, 措施后压力达19.5MPa, 降压率为31.8%, 日注水量40 m3, 目前注水压力26MPa, 日注水量48m3。活性体系注入后注入压力明显下降, 注水量显著增加。2011-8-25东辛DXY12X244井的降压增注施工。DXY12X244井施工前日注水量30 m3, 油压18MPa, 措施后压力达8.6MPa, 降压率为52%, 日注水量88 m3, 目前注水压力7.8MPa, 日注水量84 m3。双子表面活性剂体系注入后注入压力明显下降, 注水量显著增加。
结论
1.复合活性体系具有高的表面活性和低的临界胶束浓度。
2.复合活性体系在低浓度时能将亲油固体表面变成亲水表面, 形成润湿反转;同时具有良好的耐温耐盐性能。
3. 岩心驱替实验表明, G64和G44, 出现不同程度的压力下降效果。
4. 形成了适合低渗、中高渗砂岩油藏的复合活性体系增注体系, 现场应用操作简单方便, 只需通过增注措施及正常注水引入增注剂即可, 使用此增注措施有效期长。
摘要：复合活性体系是一类新型的表面活性剂。本文对作为降压增注用的复合活性体系开展了表界面性能、润湿性和耐温耐盐性能的评价, 并进行了室内驱替实验。室内研究研究表明, 复合活性体系具有非常好的表面和界面性能, 能把胜利油田的原油水的界面张力降至10-3mN/m。岩心降压模拟实验表明, 浓度为0.2%双子表面活性剂可以达到17-30%的压降效果。分别在东辛营8块和现河的史深100块进行了单井现场实验, 取得了较好的降压增注效果。
关键词：复合活性体系,表面活性,界面活性,润湿性,降压增注
参考文献
[1]梁玉纪, 海心科.低渗透油田表面活性剂降压增注技术及应用[J].石油天然气学报, 2010.
活性复合防水技术 篇2
这些新的活性防水卷材通过多种材料的结合,形成复合材料产品,引入了一种新的防水理念。
复合地下防水卷材是一种将活性聚合物膜技术与传统的粘结产品技术结合的产品。通过在防水卷材中加入多种隔膜材料,新的活性聚合物复合材料弥补了传统材料必须依赖高质量的施工才能避免防水失效的不足。通过对传统卷材失效模式的研究,新的活性产品在设计中加入了与传统卷材失效模式不同的材料,提高了防水性能。在现有的活性防水系统中,一个共同的发展趋势就是产品既要适应目前的施工技术,又要有更好的防水性能。
活性聚合物能在间歇的或连续的高静水压状态下工作。大多数传统的产品依赖化学粘结材料以及具有防水性能的材料,如沥青或热塑性材料来阻止水的侵入。活性聚合物防水既有物理阻水作用,而且还能自愈、自密封,应对水的入侵。
多层材料系统
美国环境保护署(EPA)要求市政工程和危险垃圾填埋场使用多层衬垫系统,如既有普通的被动防水的聚合物卷材,还要有活性的黏土密封层。这种设置体现了一种新的防水理念———富余量防水(redundantsystem),也就是说,即使其中一层遭到破坏而第二层材料由于不同的损坏机理仍能发挥作用。在垃圾填埋场工程中,研究表明,当两种不同的材料一起使用时,整个系统的功能得到提高。活性聚合物复合防水卷材作为一种多组分、多失效机理的多层系统,符合EPA的关于富余量防水的理念。
活性卷材复合化趋势
所有的防水系统都能在不同程度上发挥作用,否则不可能成为商业上能接受的技术。然而一个重要的认识是,水的侵入通常不是材料本身造成的,施工质量差,使用不正确以及施工结束后遭第三方损坏是最终导致系统损坏的重要原因,哪怕是最好的防水技术。需要在现场混合的产品,施工需要大量劳力的产品,以及缺少工种之间的协调,都可能在现场产生问题。
由于地下防水的失效处理很难、费用也高,从而促使制造商开发活性防水卷材系统。所开发的复合产品,通过将不同材料、不同施工方法结合,提高了防水可靠性。
二层防水的优点是显而易见的,因为二层防护总比一层要好。多种材料的结合使复合的卷材在充分发挥每一层作用的同时,还通过富余量防水的理念起到杠杆放大的作用。
地下施工现场常常不利于防水卷材的施工,现场往往会有积水、泥泞、杂物,而且还经常成为材料和设备的堆放区。许多工种就在卷材上面或靠近卷材的地方施工。施工活动例如钢筋加工、机械钻孔和混凝土浇筑,都有可能使铺设好的卷材损坏。考虑到这种具有挑战性的卷材施工环境,就不难理解为什么卷材铺设后往往遭到损坏,以及带活性自密封层的复合卷材是这种不利施工环境的最佳选择。
活性聚合物复合的选择方案
活性聚合物卷材的开发起源于膨润土膜。最早的活性复合膜是由一层钠基膨润土和聚合物衬垫或耐久的聚合物土工织物结合而成。膨润土与丁基橡胶的复合就是一个例子,两者形成活性的膨胀层。自那以后,制造商进一步开发利用了亲水聚合物技术的膜材料和施工方法,例如热塑性接缝焊接。
活性聚合物芯层技术
首个活性聚合物复合卷材系统Ultraseal问世于2002年,今天这一类产品有两种截然不同的类型:一种适用于低至中等含盐地下水现场条件(Ultraseal BT和Ultraseal SP),另一种适用于高含盐地下水现场条件(Ultraseal XP)。所有这3种产品的活性聚合物层与普通的聚合物土工膜衬垫层结合在一起。每一种产品都有在复杂条件下成功使用的业绩,例如静水压高、地下水含盐、离红线近、喷射混凝土以及隧道施工等。
普通的聚合物衬垫铺设时总是向外朝向地下水压的方向,而Ultraseal这种活性卷材的设计和施工规定,活性聚合物芯层直接与混凝土接触,起到激活活性层和阻止侧向水侵入的作用。Ultraseal卷材可以使用Hydrofix与现浇混凝土墙外表面全粘。Hydrofix是一种冷施工的聚酯基防水膜,可以起胶粘剂作用,使Ultraseal卷材粘结牢固,同时还是一道附加的防水层。在底板下,Ultraseal卷材的土工织物层会与板的底面形成牢固的机械结合力,将卷材牢牢固定住。在回填基础墙施工中,在卷材搭接缝中央施加75 mm宽的连续的密封带。
Ultraseal活性聚合物防水在美国和加拿大的许多地下施工项目中得到成功应用,包括地下高静水压的情况。
活性聚合物和PVC
Cetco公司还有另一种采用活性聚合物芯层技术的产品Core Flex,是一种多组分多阻隔层的产品,同样也符合EPA关于富余量防水层的理念。焊接增强的热塑性膜与活性聚合物芯层整体结合在一起。Core Flex60是一种复合防水卷材,由1.5 mm增强塑化聚氯乙烯(PVC-P)热塑性膜与活性聚合物芯层结合,卷长15.2 m,宽1.37 m。施工期间,PVC-P膜的搭接边采用热空气焊接,形成无缝的热塑性防水卷材层。活性聚合物自密封层提供了富裕的防水功能,与浇注的混凝土粘结,在地下室混凝土底板和外墙防水应用中,起防水层与保护层的作用。而且,搭接处由于活性聚合物芯层的膨胀和密封,提高了接缝的整体性。
Core Flex60中的PVC-P热塑性膜,在聚合物总含量高的条件下,用高分子量乙烯共聚合金制成,并采用聚酯增强织物增强。乙烯共聚合金起到塑化剂的作用,是产品具有高耐化学性和长期物理性能的根本。卷材还加有抗氧化剂、杀菌剂和防火剂。
Core Flex60已经成功地通过了70 m静水压头(按ASTM D5385)和531 m静水压(按ASTM D751)测试。这种卷材透汽性低,只有0.1 perm(ASTME96),将混凝土浇在APC层面上剥离强度达17.54N/cm(按ASTM D903)。
Core Flex产品还可以与膨胀缝填料结合使用,填料直接与PVC-P膜组分焊在一起,在伸缩缝、膨胀缝处形成热熔的热塑性密封。
结论
复合活性体系 篇3
目前, 建筑材料领域的研究热点众多, 而建筑废弃物的资源化利用可谓热点中的热点, 怎样实现建筑废弃物的循环使用和变废为宝, 成为众多科研工作者的努力方向。现如今国内, 建筑废弃物的资源化利用的研究和实践, 多数集中在将建筑废弃物再生骨料上, 且技术较为成熟, 应用也较为广泛[1]。而将建筑废弃制成再生粉体的研究颇为少见, 能够应用到实际更是寥寥无几, 究其原因主要是再生粉体性能较差, 产品性能不稳定, 应用困难。本文通过复合手段大大改善了再生粉体的性能, 使其性能较为稳定, 应用更加容易广泛。
本试验制备的复合再生粉体通过简单的加工, 使其具有较高的活性与工作性, 试验结果证明其性价比较高, 应用简单。
2 复合再生粉体的制备
本复合再生粉体以砖混建筑废弃物为主要原材, 按照不同比例和不同要求, 分别加入矿渣、粉煤灰、激发剂等辅材, 经过磨机粉磨制成三种复合再生粉体, 分别为:高活性复合再生粉体A、中活性复合再生粉体B、低活性复合再生粉体C。
3 复合再生粉体的组成与粒度
3.1 化学组成
3种再生粉体的化学成分见表1。
从测试结果可以看出, 复合再生粉体的化学成分以Si02、Al2O3和Ca O为主, 这与再生粉体的化学成分类似[1]。砖混建筑废弃物再生粉体由砂石骨料细粉、砖粉、水泥石细粉等组成, 主要的矿物组成是以石英和偏高岭土为主, 还有少量的莫来石和水泥矿物等[1]。复合再生粉体的主体材料是建筑废弃物再生粉体, 因此其主要矿物组成应当也是包括石英、偏高岭土、莫来石、水泥矿物等。
3.2 颗粒粒度
3种复合再生粉体的颗粒粒度见表2。
从测试结果可以看出, 复合再生粉体的颗粒微细, 复合再生粉体A、B和C的比表面积分别达到700m2/kg、500m2/kg和400m2/kg。
4 复合再生粉体的水泥胶砂试验
采用国标GB/T17671-1999规定的试验方法, 使用固定用水量法制备水泥胶砂试件, 测定其胶砂流动度和28d抗压强度。用同龄期下掺加再生粉体胶砂抗压强度与纯水泥胶砂抗压强度的百分比来表征再生粉体的活性指数。试验中使用的原材料情况如下 (矿渣粉、粉煤灰用于比较) :
(1) 北京太行P.O42.5水泥, 比表面积368m2/kg, 28d抗压强度53.8MPa, 初凝时间198min, 终凝时间312min, 安定性合格。
(2) 唐山行龙S95级矿渣粉, 比表面积403m2/kg, 流动度比96%, 活性指数96%。
(3) 诚兴泰Ⅱ级粉煤灰, 细度17.8%, 烧失量6.9%, 需水量比103%。
(4) 标准砂使用GB/T17671-1999规定的中国ISO标准砂。
试验结果见图1、图2。
从上面结果可以看出:
(1) 随着再生粉体掺量的增加, 水泥胶砂28d抗压强度与活性呈下降趋势, 但下降幅度较小, 50%掺量的活性指数最低80%, 3种再生粉体所有掺量的活性均高于粉煤灰活性, A所有掺量的活性均高于矿渣粉的活性, 说明复合再生粉体活性较高, 可以大掺量替代水泥, 能满足对胶砂强度的要求。
(2) 随着再生粉体掺量的增加, 水泥胶砂流动度呈下降趋势, 但下降幅度较小, 50%掺量的胶砂流动度与基准胶砂的流动度最大仅降低了20mm, 3种再生粉体所有掺量的胶砂流动度均高于对应掺量粉煤灰胶砂流动度, C所有掺量的胶砂流动度均高于矿渣粉对应掺量的胶砂流动度, 说明复合再生粉体会一定程度上增加胶凝材料体系的需水量, 但增加的需水量并不高, 能够满足在大掺量下对胶砂工作性的要求。
(3) 从胶砂活性与需水量2个指标上看, 复合再生粉体优于矿渣粉和粉煤灰。
5 复合再生粉体的水化试验
分别使用纯水泥、水泥与复合再生粉体A的复合胶凝材料 (A粉体的掺量为30%) 制作净浆水泥石试块, 水化28d后终止水化后, 然后进行XRD和SEM测试分析。测试结果见图3、图4。
从SEM测试结果可以看到, 水化产物有凝胶、片状结晶物与穿插在凝胶的针状结晶物。结合XRD测试结果可以知道, 凝胶为C-S-H, 片状结晶物为Ca (OH) 2, 针状结晶物为CS或C2S (CS、C2S的峰被干扰或与其他峰叠加) 。
对比纯水泥与掺再生粉体的XRD, 掺再生粉体的C-S-H峰较纯水泥的峰高、尖锐, Ca (OH) 2峰较纯水泥的峰低、顿挫, 且较纯水泥少了一个C2S峰, 说明再生粉体的掺入使水泥水化更加完全, 激发和超叠效果更加明显。从SEM图上也可以得到很好的印证。
6 结论
(1) 本试验制备的复合再生粉体化学成分以Si O2、Al2O3与Ca O为主。而再生粉体是由骨料细粉、水泥石细粉等组成, 主要的矿物组成是以石英为主, 还有少量的莫来石等。颗粒细度完全满足活性的需求。
(2) 复合再生粉体具有较好的活性, 无论从胶砂强度, 还是从胶砂工作性来说, 均优于矿渣粉和粉煤灰, 且复合再生粉体制备较为简单, 原料简单易得, 环保绿色, 性价比极高。
(3) 复合再生粉体与水泥的水化产物为C-S-H、Ca (OH) 2, 再生粉体的掺入可以使水泥水化更加完全, 激发和超叠效果更加明显。
参考文献
复合活性体系 篇4
由于分子结构上的差异,沥青基球形活性炭和树脂基球形活性炭的孔道结构与机械强度有所不同。沥青基球形活性炭具有吸附容量大以及吸脱附速率快的特点,而高分子基球形活性炭则具有较大的比表面积和较高的机械强度。若制备出的球形活性炭兼具两者的特点,则对其应用领域的拓展意义重大。本实验以高软化点煤沥青为原料,通过添加热塑性酚醛树脂的方式,采用悬浮法制备出不同复合比沥青/ 树脂基球形活性炭,并对不同复合比球形活性炭的形貌、孔道结构、机械强度以及吸脱附性能等进行研究。
1实验
1.1沥青/树脂基球形活性炭的制备
以高软化点煤沥青(CP)和热塑性酚醛树脂(PF)为主要原料(基本性质见表1),采用如图1所示的实验步骤进行实验。
注:a,酚醛树脂中含有 10%的固化剂,其软化点为 98 ℃;b,通过减去 CHNS 含量所得
将上述所得复合微球置于正己烷中,浸渍8h萃取脱萘, 干燥。将脱萘后的复合微球置于管式炉中,在空气气氛下, 按一定的升温速率升至320 ℃,氧化稳定化处理4h,接着在氮气的保护下将其置于管式炭化炉中并升温至900 ℃恒温1h,然后切换载气为CO2,恒温活化4h,得到不同复合比的沥青/树脂基球形活性炭。
实验中,根据树脂质量分数的不同将复合微球分别命名为CP-S-100(沥青/树脂为100/0,下同)、CP/PF-S-90/10、 CP/PF-S-80/20、CP/PF-S-70/30、CP/PF-S-50/50,同样活化后的球形活性 炭则分别 命名为CP-S-A100、CP/PF-S-A90/ 10、CP/PF-S-A80/20、CP/PF-S-A70/30。
1.2分析测试
使用菲利浦XL-30型扫描电子显微镜 (SEM)观察复合微球的形貌。利用日产SMZ800型体式显微镜对沥青/树脂基活性炭微球进行观察,从而获取复合微球平均球形度, 具体过程如下:取不少于50粒的微球在体式显微镜下放大30倍进行观察测量,且测量精确度为0.01mm。球形度计算公式为:
式中:Di(短直径)为第i个微球的 最短直径,mm;Di(长直径)为第i个微球的最长直径,mm;n为测定微球的个数。
采用美国Micromeritics生产的ASAP2020型气体物理吸附分析仪分析沥青/树脂基球形活性炭的比表面积与孔道结构,以液氮为吸附质,在77K下进行测试。根据所得吸脱附等温曲线利 用BET法 (Brunauer-Emmett-Teller)计算比表面积,根据相对压力P/P0为0.99处的吸附量计算总孔孔容,利用密度函 数理论 (DFT)计算孔径 分布。 参照国标GB3780.16-83测试球形活性炭的机械强度。应用静态保干器法[7]测定活性炭对苯的静态平衡吸附量与时间的关系,进而从图表上直观地反映吸附量与吸脱附的速率。
2结果与讨论
2.1树脂含量对复合微球球形度及形貌的影响
图2给出了CP与PF按照不同复合比复合后的体式显微镜照片,其中,(a):CP-S-100;(b):CP/PF-S-90/10;(c): CP/PF-S-80/20;(d):CP/PF-S-70/30;(e):CP/PF-S-50/50。 从图2中可以看出,随着树脂含量的增加,复合微球的表面形貌产生明显的变化,微球表面平整度变差且非常粗糙。随着树脂含量的增加,微球的球形度逐渐减小,最终当沥青与树脂复合比达到50/50时,微球的球形度仅为0.855。产生这种变化的原因可能是随着树脂含量的增加,原料与萘共融的差异性表现得越来越明显,导致一部分树脂分子团聚在一起,引起整个复合体系的可塑性变差,最终导致球形度的降低。而成球后这些表面形貌上的缺陷会持续影响后续氧化、 炭化、活化微球的形貌与机械强度,因此最终选择沥青/树脂的最大复合比为70/30。
图3为不同复合比沥青/树脂基球形活性炭的整体形貌与横截面SEM照片。从图3中可以看出,随着树脂含量不断增加,微球表面及内部均无明显裂纹产生,且在横截面中大孔含量逐渐增多。这说明:(1)CP与PF相互混合均一,且复合微球的高温煅烧工艺合适,活化温度与时间选取在能够保持球形活性炭形貌的可控范围内;(2)树脂含量的增加能够增加微球内部的大孔结构。
2.2球形活性炭的孔道结构分析
图4为活化后球形活性炭的N2吸脱附等温曲线与孔径分布图,表2为根据吸脱附等温曲线计算所得的活性炭微球比表面积和孔结构参数。由图4(a)可知,吸脱附等温线均表现为Ⅱ型等温线,样品在相对压力较低的条件下便达到平衡状态,说明样品中存在孔径分布比较集中的微孔,而在相对压力较高的条件下等温线出现“上翘”的现象,说明材料中含有一定量的大孔。随着树脂含量的增加,从等温曲线中还可以看到在相对压力大于0.8时出现明显的滞后回环,表明树脂含量的增加能够提高复合球形活性炭中大孔与中孔的含量。图4(b)、(c)分别为复合球形活性炭在不同区间内的孔径分布图,CP-S-A100的孔径主要集中在0.5nm左右,而随着树脂含量的增大,复合球形活性炭的 孔径分布 也不断变 宽,最终在0.5~1.5nm以及13~200nm之间均具有一定量的孔径分布。
从表2中可知,在相同的活化工艺条件下,样品的烧失率基本上能保持一致,而随着树脂含量的增加,球形活性炭的比表面积先增加后降低,但是总孔容与平均孔径却逐渐增大,最终样品CP/PF-S-A70/30的比表面积与平均孔径分别达到1049m2/g、8.8nm。原因可能是随着树脂含量的增加, 两种不同分子结构的原料在高温煅烧过程中所受的热应力不同而产生一定量“狭缝型”孔道[8],导致总孔容与平均孔径的增大,形成一定量的中孔和大孔。
注:a是基于 BJH 脱附曲线所得的平均孔径
2.3球形活性炭机械强度分析
图5为不同沥青树脂复合比与球形活性炭机械强度之间的变化关系图。由图5可知,随着树脂含量的增加,复合球形活性炭的机械强度逐渐增大,最终机械强度达到6.2N (CP/PF-S-A70/30),相比纯沥青基球形活性炭提高了37%。 树脂的加入能够有效地提高沥青基球形活性炭的机械强度, 这是因为树脂分子均匀分散于沥青/树脂复合体系后,在复合微球中起到“支柱”作用,最终提高球形活性炭的整体机械强度。
2.4静态吸脱附性能分析
图6为不同复合比沥青/树脂基球形活性炭的静态苯吸脱附曲线图。
从图6中可以看出,4种不同复合比球形活性炭吸脱附曲线在形状上基本保持一致,达到吸附平衡与脱附平衡所需的时间分别约为38min与50min,并且对于苯的静态吸附值均维持在410mg/g左右。树脂含量的增加并没有显著延长活性炭吸脱附平衡所需时间,其原因是复合后产生的“狭缝型”孔道结构有利于苯的快速吸脱附,而吸附量的降低则是因为复合球形活性炭中中孔与大孔含量增加。苯作为一种分子尺寸较小的吸附质,小于0.7nm的微孔有利于苯的吸附,而更大的孔径则不利于苯的吸附[9]。
3结论
(1)通过添加减粘剂的方式,采用“悬浮法”制备出不同复合比的沥青/树脂基微球,并最终确定两种原料的最大复合比为70∶30。这主要是因为沥青与树脂分子结构中芳环含量不同,使得两者与萘的混合均匀程度受到限制,最终影响到复合微球的球形度。(2)酚醛树脂含量的增加,不仅能够提高沥青基球形活性炭的总孔容与平均孔径,而且还能够有效提高其机械强度,最终球形活性炭CP/PF-S-A70/30的BET表面积为1049m2/g,总孔容为0.62cm3/g,平均孔径为8.8nm,同时机械强度能够达到6.2N,相比纯沥青基球形活性炭,机械强度提高了37%。(3)苯的静态吸脱附实验结果表明,树脂含量的增加并没有明显延长复合球形活性炭对于苯的吸脱附时间,吸附过程的吸附速率基本上保持了沥青基球形活性炭的快速吸脱附性能。
摘要：以高软化点煤沥青和热塑性酚醛树脂为主要原料,机械混合均匀后,采用悬浮法制备沥青/树脂基复合球形活性炭。使用扫描电子显微镜(SEM)、N2物理吸脱附仪、颗粒强度测定仪,对复合球的表面形貌、孔道结构和机械强度进行表征。实验结果表明:树脂的加入不仅能够拓宽球形活性炭的孔径分布,而且能够有效地提高球形活性炭的机械强度。树脂含量为30%的球形活性炭BET表面积为1049m2/g,总孔容为0.62cm3/g,平均孔径为8.8nm,同时机械强度达6.2N。通过苯的静态吸脱附测试研究了沥青树脂基球形活性炭的吸附性能,结果表明:复合球形活性炭基本上保持了沥青基球形活性炭的快速吸脱附性能,树脂的加入并没有明显延长复合球形活性炭对苯的吸脱附时间。
复合活性体系 篇5
对于部队而言, 化生防护处于至关重要的位置, 应予优先考虑。战场防护服和掩蔽部必须同时满足质量、体积、耐久度、舒适度和热压需求。美军1997年引进的JSLIST防护服是一种各军兵种通用的优质防护服, 能够满足上述绝大部分需求。JSLIST防护服分两层, 外层为尼龙混纺织物, 具有较强的抗撕扯性和耐磨损性。衬里层将活性炭珠黏附于非织布上, 以吸附神经性毒剂和芥子气, 并避免毒剂经皮渗透。尽管JSLIST已拥有很多优点, 但在防护性能方面仍有改进空间, 如防护更广谱的毒剂威胁、生物气溶胶和有毒工业化学品/有毒工业物质 (TIC/TIM) 等。
美国Foster-Miller/BHA公司研发的一种纳米复合织物, 添加有自洗消 (self-deactivating) 和生物气溶胶防护功能, 加强了目前防护服的防护能力。催化剂被直接添加到具有层压结构的纳米网织物和微孔膜上, 这样就可以免除人员在脱掉防护服过程中曝露于毒剂的危险, 提高整体防护效能。此外, 能够阻隔生物气溶胶的微孔膜也被层压到Foster/BHA材料中, 这些重要的功能被植入纳米复合材料, 从而显著提高了防护服的舒适度/耐穿性, 以及整体机构性能。
复合活性体系 篇6
印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点,属难处理的工业废水。废水中含浆料、染料、助剂、表面活性剂等,可生化性较差。蒽醌染料仅次于偶氮染料,是纺织印染工业中使用量最大的一类活性染料[1]。它由于水溶性较高,不易吸附于活性污泥,并且具有极其稳定的化学结构,因此传统的废水处理工艺很难将其快速有效地分解。活性艳蓝P-3R是一种典型的蒽醌染料,可生化性较差,因此研究此类染料废水的处理方法具有重要的意义。
O3具有很强的氧化性,在水中可产生的活泼的·OH,与废水中有机物反应,使难降解的有机物被氧化成易降解的小分子的酸、醛等,最终氧化成CO2和H2O[2],但单独使用O3存在利用率低的问题。O3/H2O2复合氧化法具有氧化能力强和无选择性等优点,提高了O3的利用率,产生的·OH的氧化还原电位为2.80 V,与大多数有机化合物反应时速率常数通常为106～109L/(mol·s),能有效地氧化降解水中的有机污染物[3,4]。
本文将采用复合氧化法O3/H2O2降解活性艳蓝P-3R,并分析反应时间、H2O2投加量、H2O2投加方式、pH值等各种因素对处理效果的影响,为O3/H2O2复合氧化法在实际应用中提供研究基础。
2 试验部分
2.1 试剂与仪器
活性艳蓝P-3R为深蓝色粉末,易溶于水,最大吸收峰为590nm,其结构如图1所示。
试验采用市售活性艳蓝P-3R,配制成质量浓度为200mg/L的活性艳蓝P-3R溶液。质量分数30%的H2O2。
CFY-24臭氧发生器,杭州荣欣电子设备有限公司;UV-1201紫外可见分光光度计,北京瑞利分析仪器公司;Multi N/C 2100总有机碳(TOC)分析仪,德国耶拿分析仪器股份公司;实验室pH计Starter3C,奥豪斯仪器(上海)有限公司;BT323S分析天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司。
2.2 装置与方法
试验装置为直径8cm,高40cm的玻璃反应柱,装置如图2。
注:1.氧气瓶;2.臭氧发生器;3.玻璃转子流量计;4.反应器;5.阀门;6.取样口
试验以纯氧作为臭氧发生器的气源。每次试验开始前,都要让臭氧发生器运行2min,使臭氧浓度稳定。产生的臭氧气体通过反应器底部的盘旋曝气头进行曝气,再将2L染料废水和H2O2加入反应器内,并开始计时。反应中按规定时间取样,取样口在反应器中下部,测定吸光度和TOC的变化。
3 结果与讨论
3.1 O3/H2O2体系的建立及不同方法的对比
试验在初始质量浓度为200mg/L的活性艳蓝P- 3R溶液2L,原始pH值为6.75,O3流量为400 mL/min,质量分数30%的H2O2投加量为2mL的条件下进行,反应20min取样,测定活性艳蓝P-3R的吸光度,计算其去除率。同时,考察H2O2、O3、O3/H2O2体系对活性艳蓝P-3R的降解效果结果,见图3。
由图3可知,单独使用H2O2降解活性艳蓝P-3R的效率很低,只有2.12%;而单独使用O3降解活性艳蓝P-3R的效果相对比较明显,有83.16%。但是,O3/H2O2体系对活性艳蓝P-3R的降解效果最好,脱色率达到90.33%,且O3/H2O2体系的降解效果大于单独使用H2O2和O3之和,说明在反应过程中O3与H2O2相互促进催化分解。
·OH是一种极强的化学氧化剂,它的氧化电位比普通氧化剂(如臭氧、 氯气、 过氧化氢)高,这意味着羟基自由基的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂[5]。根据自由基氧化理论,H2O2可提供氧化性极强的羟基自由基·OH,对染料分子进行化学氧化,但是本实验中H2O2处理活性艳蓝P-3R的效率很低,这可能是因为:①H2O2的氧化还原电位与pH值有关,而本实验中活性艳蓝P-3R溶液pH值为6.75,受其酸性的影响,分解速率较低,因此单独使用H2O2时氧化作用不明显,此结果与刘中兴等人的研究结果一致[6]。②活性艳蓝P-3R的蒽醌结构与H2O2之间的相互作用较弱,因此H2O2对它的直接氧化效果较差。基于上述原因,H2O2处理活性艳蓝P-3R的效率低下。比较而言,O3也具有强氧化性,与本有机物的反应速率较快,但臭氧与有机物的反应选择性较强,在低剂量和短时间内臭氧不可能使污染物完全矿化,且分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化[7]。在O3/H2O2体系中,O3与H2O2协同作用产生更多具有极强氧化作用的·OH来去除水中的有机污染物。其氧化机理如下[8,9,10,11]:
H2O2⇔H++HO-2
O3+OH-→·HO2+·O-2
O3+HO-2→·OH+O2+·O-2
O3+·O-2→·O-3+O2
·O-3+H+→·HO3
·HO3→·OH+O2
O3+·OH→·HO2+O2
H2O2+·OH→·HO2+H2O
HO-2+·OH→·HO2+OH-
·OH+污染物→产物
在此过程中,O3直接与有机物反应不是主导作用,而是利用O3分解产生的·OH来氧化有机物。H2O2会部分解离产生的HO2-可引发链反应生成更多的·OH自由基,能显著加快O3的自分解生成·OH。
3.2 反应时间的影响
调节O3流量为400 mL/min,投加2mL H2O2,在反应时间为0、5、10、15、20、30、40、50、60、90、120 min,测定活性艳蓝P-3R的吸光度和TOC值,其去除率如图4、5所示。
由图4看出,O3/H2O2对活性艳蓝P-3R染料废水的脱色速度非常快。反应时间至30min时,染料脱色率可达到98%左右,随着反应时间的延长,脱色率的增加并不是很明显,可接近99.9%。这是因为刚开始水中产生大量的·OH,与染料废水接触后就迅速发生反应,氧化生成小分子有机物,随着反应的进行,水中容易氧化的有机物逐渐减少,而随着中间产物的增多,水中的·OH因氧化反应的消耗而减少,反应速度减慢[12]。由图5看出,TOC去除率随着反应时间的延长一直增大。这是因为O3和H2O2反应产生大量低选择性、强氧化性的·OH,迅速氧化降解活性艳蓝P- 3R分子,使废水迅速脱色,并在氧化过程中生成降解中间产物,因此TOC去除率也在不断增大。
3.3 H2O2投加量的影响
调节O3流量为400 mL/min,分别投加0、0.5、1、1.5、2mL H2O2,反应时间为60 min,测定活性艳蓝P-3R的吸光度和TOC值,其去除率如图6、7所示。
由图6看出,投加一定量H2O2后,活性艳蓝P-3R的脱色率在一定程度上都有提高,且比O3单独处理效果要好。H2O2投加量由0增加到1mL时,脱色率随H2O2投加量的增加而增加,但投加量大于1mL时,脱色率反而逐渐减少,这可能是因为H2O2浓度较低时促进O3分解产生·OH,使活性艳蓝P-3R脱色率迅速提高,而H2O2过量时,它会部分离解生成共轭碱HO2-,H2O2和HO2-都能和·OH结合[13,14],抑制了反应的进行。由图7看出,除了1mL投加量,投加H2O2后的TOC去除率比未投加H2O2的TOC去除率还低,这可能是因为H2O2投加过量,使H2O2转化为氧化还原电位较低的·HO2[15]。因此,在O3/H2O2氧化反应中,存在最佳H2O2投加量。
3.4 H2O2投加方式的影响
采用不同方式投加总量相同的H2O2,H2O2投加方式有两种,一是一次投加,即1 mL H2O2在反应前全部加入反应前中;二是多次投加,即在反应0、20、40 min时分别投加0.5、0.3、0.2和0.4、0.4、0.2 mL H2O2。调节O3流量为400 mL/min,反应时间为60 min,测定活性艳蓝P-3R的吸光度和TOC值,其去除率如图8、9所示。
由图8看出,不同方式投加总量相同的H2O2,对活性艳蓝P-3R的脱色率均在99%以上。由图9看出,总量相同的H2O2一次投加可以获得优于多次投加的去除效果,这可能是因为H2O2投加过量抑制了反应的进行,在多次投加的方式中,初始阶段加入一定量的H2O2,生成的·OH一部分与水中的有机物反应,一部分与后续添加的H2O2反应,降低了氧化效能[16]。
3.5 初始pH值的影响
分别用H2SO4和NaOH来调节废水的pH值为3、5、9、11,废水原始pH值为6.75。调节O3流量为400 mL/min,反应时间为60 min,一次投加1mL H2O2,测定活性艳蓝P-3R的吸光度和TOC值,其去除率如图10、11所示。
由图10看出,不同pH值条件下,活性艳蓝P-3R的脱色率均在98%以上。由图11可以看出,pH值越大TOC的去除率越大,说明废水pH值的升高有利于O3/H2O2氧化去除有机物,这可能是因为在O3 / H2O2氧化反应中,pH值在很大程度上影响着·OH的生成,增加溶液的pH值能极大的提高·OH的产生量和速率,并能将水溶液中的·OH浓度稳定的维持在较高的水平[17]。
3.6 自由基清除剂的影响
O3/ H2O2氧化过程中,·OH的氧化作用十分重要,而自由基清除剂会与·OH发生反应来中断整个自由基链反应,抑制对有机物的降解,因此考察了Na2CO3对活性艳蓝P-3R去除效果的影响,以确定·OH是否在氧化反应中起主要作用。图12为Na2CO3对O3/ H2O2氧化的影响,H2O2投加量为1mL,Na2CO3投加量为500mg/L。
由图12所示,由不加Na2CO3到投加500mg/L Na2CO3,活性艳蓝P-3R的脱色率大大降低了,且在反应5min后,Na2CO3的抑制作用越来越明显。这说明,Na2CO3对O3/ H2O2氧化活性艳蓝P-3R有明显的抑制作用,同时也说明·OH在氧化反应中起主要作用。
4 结语
复合活性体系 篇7
关键词：油田油水井,酸化解堵技术
酸化是一种油田注水井投产、增产以及增注的关键方式;要想更好的保证油层稳定的增产能力,就需要酸化技术,对其进井地带的堵塞进行解堵,从而实现孔隙的增大,表皮效应的降低,使其产能得以恢复;但是在实际的操作中,土酸酸化应用有一定的局限性,对此对于技术人员的综合素质要求较高,使其操作更加的有效、安全。
1 土酸酸化原理
其原理,主要是通过盐酸、氢氟酸的综合利用,对其近井地带堵塞进行酸解除;盐酸作用于是温度、压力等因素引起的污垢;氢氟酸是对于酸化后污垢的进一步处理;使其岩石骨架酸化,从而实现地层空隙的增加;同时对于清蜡剂使用的要求也相对较高。该技术适用于延长组长2以上的含油层位,作用于3层以下的层位时,会引起机械杂质、硫化物等的堵塞情况,效果不佳,对此该方法的使用是有一定的局限性的。
2 油田油水井复合活性自生土酸解堵技术现场应用
针对于某石油企业,进行楚28-12井复合活性物泡沫解堵操作;主要的操作内容为污染油层治理,检泵前该井日产液5.1t、日产油5.0t、含水4.6%;检泵作业后产量日产液3.4t、日产油2.9t、含水23.1%。孔隙度为16.10%、17.89%,厚度/层位为55m/2层。对其楚28-12井污水结果分析,其中PH值分析项目,分析结果为5.7mg/L,Mg2+为mg/L,HCO3-为963mg/L,NO2为12.33mg/L,12颜色为浅棕半透明色等检验分析项及结果。解堵后该井日产液14.3t、日产油11.32t、含水4%、日增油7.12t。
2.1 解堵思路
该油井,受到能量补充不及时的影响,出现油层亏空的情况,热洗修井极易出现的深度污染的情况,对此应当选择药效强,且伤害小的化学反应综合解堵体系,使其实现油层深部污染解除的目的,以往土酸解堵技术,在时间、效果方面并不是很理想,对此通过对其目的层污染情况的分析,决定采取复合活性物泡沫解堵体系,对其堵塞地带进行解堵操作,为了更好清除深部的污染,设计解堵半径控制在2.5m左右。
2.2 复合活性物泡沫反排解堵优势
该体系由活性添加剂、铵盐复配组成,铵盐作用于产物使其分解,对其油层渗透率的提高,起着积极促进的意义;当其复合活性体系,H离子浓度超过3.8mol/L、有效溶蚀率超过72.3%、反应时间超过8小时,具有深部解堵效果,其对于N80碳钢的腐蚀性低,安全性较高。反应机理为氯化铵与氢离子反应,生成六亚甲基四胺、盐酸以及氢离子;二氟化氢铵与氢离子反应,生成氢氟酸与铵根。将其盐酸和氢氟酸混合形成土酸,使其与石英反应,此时二氧化硅与4个氢氟酸反应,生成四氟化硅与水;二氧化硅与2个氢氟酸反应,生成氟硅酸。将其反应生成盐酸可溶物,增加氟化氢铵,对其裸露砂粒、矿物溶蚀的能力,使其孔隙喉道得以扩大,继而实现油层增产。氟化氢铵具有缓慢酸化深部的作用,经过分散剂络合形成的金属离子加以应用,具有避免反应途中,分解产物污染油层等情况的作用。
2.3 复合活性物泡沫深部解堵体系溶液性质概述
主处理液配方为氟化氢铵、柠檬酸、氯化铵、冰醋酸、+HX-63稳定剂、HX-15缓蚀剂、HX-13活性剂、HXLX3阻垢分散剂、HX引发剂、水;技术指标中外观体现为均匀液体、比重大于等于1.10、凝固点小于等于-15℃、粘度小于50m Pa.s25℃、有机杂质溶解性为分解后溶于水、表面张力小于等于23×10-2m N/m、界面张力小于等于2×10-2m N/m、碳酸钙的溶蚀率大于等于17%、防膨率大于等于88%、粘土溶蚀率大于等于15%、络合铁率大于等于92%、配伍性体现为良好。
2.4 施工工艺
主要的施工流程,主要体现在以下几点;第一、保持管柱不动的情况下,进行套管反挤操作。第二、将其抽油杆放下,利用其丝堵,对其盘根盒进行压住并安装压力表。第三、解堵、安装井口、试压。第四、将其套管闸门开启。第五、针对于套管解堵液的反挤,要根据指定的顺序要求进行操作,当其压力状态,处于极限时,要适当的降其解堵液的排量。第六、在挤完解堵液后,要按照设计要求,进行顶替液的挤入操作。第七、关井后使其反应指定时间,一般时间控制为7个小时。第八、针对于残夜的返排,对其量控制在注入量的3.5倍左右,注重其反排残液对于进系统的影响。第九、解堵操作完事后,需要工程师进行验收,直到合格后才能恢复正常的生产工作。第十、将其解堵的施工工艺等详细记录进行整理总结,然后一并交给甲方。
3 结语
综上所述,通过对于油水注水井复合活性自生土酸解堵技术现场应用分析,发现油田开采工程中,难免会出现一系列的作业污染问题,随着人们对于解堵技术的不断研究,使其土酸酸化技术,得到了广泛的应用,同时照比以往的表活剂吞吐、吐酸酸化、生物酶解堵等措施,效果要好很多,使其作业污染问题,通过解堵配方的优化,彻底的达到了改善,从而更好的恢复其产能。
参考文献
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