活性炭纤维的结构调控及其在油田回注水处理中的应用

论文摘要

目前我国油田以向油层注水保持油层压力来提高原油采收率为主要采油手段,所注水98%都是经处理达标后的油田采出水。原油开采中,若注入的水不合乎要求,则会导致油层能量不足及油井产量下降,因此研究回注水处理技术具有一定的使用价值和现实意义。活性炭纤维(Activated Carbon Fiber, ACF)是二十世纪八十年代发展起来的一种新型微孔炭质吸附剂,由于其具有独特的孔结构、表面特性和结构可调控性,ACF在吸附、催化等领域显示出了广阔的应用前景。本文利用ACF对油田采出水进行吸附过滤处理,以降低采出水的悬浮物含量和粒径,并使其满足回注水的要求。本论文考察了以粘胶基活性炭纤维为原料,通过二次炭化、二次活化等对ACF的结构进行了调控,考察了不同处理工艺条件对ACF吸附苯、碘、亚甲基蓝性能的影响,利用N2吸附、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对ACF进行了分析。实验结果表明调控工艺条件对ACF材料的吸附性能影响显著,较低的炭化升温速率,较高的炭化温度,较短的炭化时间、较高的活化温度,及较长的活化时间都有利于ACF样品吸附性能的提高。扫描电镜分析显示水蒸气活化的ACF表面粗糙,ACF的表面发生刻蚀,有残炭的附着,并形成了独特的开放式孔结构,其比表面积达1589m2/g,该ACF仍以微孔为主,并含有一定量的中孔。将制备的ACF对油田回注水进行吸附过滤实验,并考察了ACF的使用寿命及再生情况。实验结果表明活性炭纤维作为吸附过滤材料,油田采出水经其处理后水质较好,基本可以达到回注水的要求。ACF可同时对采出水进行吸附和过滤,且ACF在基本保持原有吸附性能的同时,ACF具有较长的使用寿命,并易于再生。对制备的ACF进行了苯酚降解实验,ACF吸附微孔直接暴露在纤维表面,苯酚分子不需要经过扩散就能到达吸附表面的孔内,且ACF孔径主要以微孔为主,对0.39nm的苯酚分子的吸附具有一定的适合性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 油田水
• 1.2.1 油田采出污水现状
• 1.2.2 油田采油污水的特点
• 1.2.3 油田采油污水对注水系统的影响
• 1.2.4 油田注水水质及主要控制指标
• 1.2.5 当前油田采出水回注处理技术的现状
• 1.2.6 油田回注水的过滤处理过程
• 1.3 活性炭纤维
• 1.3.1 活性炭纤维简介
• 1.3.2 活性炭纤维的制备
• 1.3.3 活性炭纤维的基本特征
• 1.3.4 活性炭纤维的再生
• 1.4 活性炭纤维的二次处理
• 1.5 本课题的提出、意义和研究内容
• 第2章 实验方法与数据处理
• 2.1 原材料及化学试剂
• 2.2 仪器及设备
• 2.3 实验表征手段
• 2.3.1 X射线衍射
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析
• 2.3.3 氮吸附测试
• 2.3.4 悬浮物测定
• 2.3.5 悬浮物颗粒粒度测定
• 2.4 ACF样品的吸附性能测定
• 2.4.1 有机蒸气吸附
• 2.4.2 碘吸附
• 2.5 ACF样品对亚甲基蓝的吸附降解
• 2.5.1 亚甲基蓝最大吸收波长的确定
• 2.5.2 亚甲基蓝溶液标准吸收曲线
• 2.6 ACF与臭氧组合降解苯酚
• 第3章 ACF 的结构调控及表征
• 3.1 引言
• 3.2 ACF的二次炭化处理及样品制备
• 3.2.1 不同升温速率的样品制备
• 3.2.2 不同炭化时间样品的制备
• 3.2.3 不同炭化温度样品的制备
• 3.3 二次炭化对ACF性能的影响
• 3.3.1 升温速率对材料吸附性能的影响
• 3.3.2 炭化时间对材料的影响
• 3.3.3 炭化温度对材料的影响
• 3.4 ACF二次活化处理及样品制备
• 3.4.1 不同活化时间样品的制备
• 3.4.2 不同活化温度样品的制备
• 3.4.3 不同活化方式样品的制备
• 3.5 二次活化对ACF性能的影响
• 3.5.1 活化温度对材料性能的影响
• 3.5.2 活化时间与ACF性能的关系
• 3.5.3 活化方式对材料的影响
• 3.6 样品的性能测定
• 3.6.1 ACF样品的氮吸附等温线及孔径分布
• 3.6.2 XRD分析
• 3.6.3 SEM 分析
• 3.6.4 ACF对不同有机物的吸附作用
• 3.7 本章小结
• 第4章 ACF 在油田回注水处理中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 水质分析方法
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 吸附过滤原理
• 4.2.4 实验中使用的ACF样品
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 含油量
• 4.3.2 悬浮物及颗粒粒径
• 4.4 ACF在油田回注水中的重复使用和再生使用
• 4.4.1 重复使用
• 4.4.2 再生使用
• 4.5 本章小结
• 第5章 ACF 降解苯酚的初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 苯酚降解的原理
• 5.2.2 波长的选择
• 5.2.3 苯酚降解的标准曲线
• 5.2.4 实验方法
• 5.3 ACF与臭氧组合工艺处理苯酚
• 5.3.1 ACF静态吸附不同初始浓度苯酚
• 5.3.2 ACF与臭氧组合降解苯酚
• 5.3.3 PH值对苯酚降解的影响
• 5.3.4 ACF与GAC的对比性
• 5.4 ACF降解苯酚的重复再生性
• 5.4.1 ACF降解苯酚的重复使用性
• 5.4.2 ACF降解苯酚的再生使用性
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 本文的特色与创新之处
• 6.3 下一步工作展望
• 主要符号表
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果