腐植酸修饰磁性纳米复合材料用于乳液油水分离的研究

Because petroleum resources in Xinjiang are rich while water resources are deficient, oil field sewage treatment and reuse are important for the regional economic development and environmental protection. Nowadays, the removal of emulsion droplets in the oil field sewage remains a technical problem due to the limitation of the existing separation technology. Here, the Fe3O4 nanocomposite modified by humic acid with regional superiority and poly dimethyl diallyl ammonium choride, will be synthesized for oil-water emulsion separation. Through the exploration of adsorption dynamic process of nanocomposite on the interface of water and oil, the structure properties (size, oleophilic property and surface electrical behavior) of magnetic nanocomposites influencing on the separation effectiveness will be discussed, which can help establishing the strategy of material synthesis for oil-water emulsion separation. Such a research not only provides a new efficient route for the treatment of oil field sewage in Xinjiang and lays a theoretical foundation for designing high-efficiency oil-water separation materials, but also strongly supports the sustainable development of regional economy in Xinjiang.

新疆地区石油资源丰富而水资源相对缺乏，油田污水的处理和回用对本地区的经济发展和环境保护至关重要。但因现有分离技术的局限性，目前油田污水中乳状油滴的去除仍是亟需解决的技术难题。本项目拟运用具有地源优势的腐植酸和强阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵调控合成结构和性能可逐级精细调控的复合磁性纳米油水分离材料，通过探测其在水油界面的吸附动力学过程，研究材料尺寸、亲疏水性能、表面电性等对油水分离效果的影响机制，建立材料性能与油水分离效果之间的关系，构建乳液油水分离材料的制备策略。本项目利用新疆丰富的腐殖酸资源解决本地区面临的油水分离问题，不仅为新疆油田污水处理提供新的方法，为设计高效油水分离材料提供新的思路和理论基础，而且对新疆地区经济的可持续发展具有重要意义。

新疆地区石油资源丰富而水资源相对缺乏，油田污水的处理和回用对本地区的经济发展和环境保护至关重要。但因现有分离和处理技术的局限性，目前油田污水中微乳状油滴的去除仍为广泛研究的技术难题。为解决此问题，本项目开展了以下三方面基础研究工作：（1）共沉淀法合成腐植酸（HA）修饰的Fe3O4纳米粒子，通过静电亲和力修饰阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA），得到表面带负电的Fe3O4/HA和带正电的Fe3O4/HA/PDDA磁性纳米粒子，发现Fe3O4/HA/PDDA纳米粒子比Fe3O4/HA纳米粒子具有更好的乳液油水分离性能，并且表现出优异的回用性能。考察它们对无表面活性剂、阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵，CTAB）和阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠，SDS）稳定的十六烷-水乳液的破乳性能，以及pH和离子强度对油水分离性能的影响，分析得出Fe3O4/HA/PDDA纳米粒子优异的油水分离性能主要源于静电相互作用，表面活性作用对破乳也具有一定促进作用。（2）通过在Fe3O4/FA（富里酸）纳米粒子表面复合不同量的PDDA，实现Fe3O4/FA/PDDA纳米粒子表面正电性在25-35 mV范围内的精细调控。考察它们对十六烷-水乳液的油水分离性能，通过吸附动力学拟合，结合DLVO理论，深入分析了随吸附材料表面正电位增加，乳液油水分离性能增加的原因，主要是由于静电作用的增强。（3）通过不同共沉淀法和溶剂热法，调控了Fe3O4/PEI（聚乙烯亚胺）纳米粒子的水动力学尺寸，将其用于十六烷-水乳液油水分离，发现随材料水动力学尺寸降低，乳液油水分离性能更优。以上研究深入分析了油水分离材料的尺寸和表面电性对乳液油水分离效果的影响机制，建立了材料表面性能与油水分离效果之间的关系，为设计高效油水分离材料提供了新的思路和理论基础。本项目利用新疆丰富的腐植酸资源合成高性能可回用油水分离材料，有望解决本地区油田污水油水分离问题，不仅为新疆油田污水处理提供新的方法，为而且对新疆地区经济的可持续发展具有重要意义。