王秋實(shí)， 齊晗兵， 張曉雪， 李 棟

(東北石油大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

石油開(kāi)采中，聚丙烯酰胺作為有效的驅(qū)油劑、調(diào)剖堵水劑等被大量使用，導(dǎo)致油田采出液和污廢水中含有大量的聚合物，大大增加了油田污水處理難度[1-4]。對(duì)油田污水中聚丙烯酰胺含量的檢測(cè)越來(lái)越受到環(huán)保工作者和科研人員的重視，目前，油田采出液中聚丙烯酰胺濃度的檢測(cè)方法主要有淀粉-碘化鎘光度法、比濁法及紫外分光光度法等。油田企業(yè)最常用的方法是淀粉-碘化鎘光度法，該測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)操作繁瑣，存在測(cè)量操作時(shí)間長(zhǎng)，干擾因素多，測(cè)量結(jié)果誤差大的缺點(diǎn)[5-9]。因此，為滿足油田生產(chǎn)需求，加大油田采出液水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)力度，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，研究了一種高效且準(zhǔn)確的采油污水聚丙烯酰胺含量測(cè)試方法，對(duì)于油田生產(chǎn)具有重要的作用。本文基于光譜測(cè)量法[3,10-11]，研究了含聚丙烯酰胺水溶液非常溫下透射光譜，獲得了聚丙烯酰胺水溶液在20～60 ℃時(shí)的紫外光波段透射光譜和近紅外波段透射光譜。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 恒溫實(shí)驗(yàn)裝置搭建

根據(jù)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采出液污廢水溫度特性，研究溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液光譜特性的影響[12-15]。結(jié)合IRTracer100傅里葉變換紅外光譜儀和TU-1901/1900雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)不具備加熱功能，進(jìn)行了恒溫實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和搭建，進(jìn)而完成聚丙烯酰胺水溶液光譜特性的測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)器材：電源(24 V，5 A)1個(gè)，電源(5 V，60 A)2個(gè)，溫控儀1個(gè)(型號(hào)XMTG-5211K AC220 V)，繼電器1個(gè)，恒溫箱1個(gè)，溫度巡檢儀1個(gè)以及導(dǎo)線若干。非常溫光譜實(shí)驗(yàn)裝置的原理如圖1所示。

圖1 非常溫光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置原理圖

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

(1) 實(shí)驗(yàn)儀器。IRTracer100傅里葉變換紅外光譜儀；TU-1901/1900雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；HJ-5型多功能攪拌器；電子天平(精度為0.000 1)；0.05 mm厚墊片；ZnSe窗片(厚度為2 mm)；10 mm光程石英比色皿；非常溫光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。

(2) 實(shí)驗(yàn)藥品。工業(yè)級(jí)聚丙烯酰胺，蒸餾水(實(shí)驗(yàn)室自制)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

配制濃度為1 g/L的聚丙烯酰胺母液，熟化24 h后，分別取母液稀釋成10～1 000 mg/L濃度的聚丙烯酰胺溶液。利用非常溫光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置分別測(cè)量各濃度聚丙烯酰胺溶液紅外透射光譜和紫外透射光譜。

2.1 紅外波段實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示，溫度對(duì)不同濃度聚丙烯酰胺溶液透射光譜有很大的影響。隨著溫度的升高，聚丙烯酰胺溶液的透光率在不斷增大。在20～60 ℃范圍內(nèi)，聚丙烯酰胺溶液透射光譜圖波峰沒(méi)有產(chǎn)生明顯變化，說(shuō)明溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液本身結(jié)構(gòu)沒(méi)有產(chǎn)生影響，沒(méi)有新鍵生成。當(dāng)溫度升高至40 ℃以上時(shí)，由于加熱使光學(xué)腔內(nèi)聚丙烯酰胺溶液蒸發(fā)，聚丙烯酰胺溶液中出現(xiàn)小氣泡，當(dāng)氣泡處于ZnSe窗片中心位置時(shí)，阻礙光的傳播，致使波峰處光譜出現(xiàn)鋸齒形狀現(xiàn)象。

(a)10mg/L(b)20mg/L(c)40mg/L(d)50mg/L(e)80mg/L(f)100mg/L(g)200mg/L(h)500mg/L(i)800mg/L(j)1000mg/L

圖2 不同濃度聚丙烯酰胺溶液不同溫度紅外透射光譜

2.2 紫外波段實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，溫度對(duì)不同濃度聚丙烯酰胺溶液紫外透射光譜影響較小，在波長(zhǎng)200～760 nm范圍內(nèi)，聚丙烯酰胺溶液的透光率隨溫度變化很?。辉诓ㄩL(zhǎng)760～900 nm范圍內(nèi)，不同濃度聚丙烯酰胺溶液透光率隨溫度變化不一，但整體透光度隨溫度變化趨勢(shì)一致，均為隨溫度的升高，透光率不斷增大。

(a)10mg/L(b)20mg/L(c)40mg/L(d)50mg/L(e)80mg/L(f)100mg/L(g)200mg/L(h)500mg/L(i)800mg/L(j)1000mg/L

圖3 不同濃度聚丙烯酰胺溶液不同溫度紫外透射光譜

3 結(jié) 語(yǔ)

利用所搭建的恒溫控制實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)合雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和傅里葉變換紅外光譜儀，測(cè)量了聚丙烯酰胺溶液在20～60 ℃時(shí)的紅外透射光譜和紫外可見(jiàn)光波段透射光譜。研究表明，聚丙烯酰胺水溶液的紫外波段和可見(jiàn)光波段透射光譜受溫度影響較小，而近紅外波段透射光譜受溫度影響較大。

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