專利名稱：一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及廢棄鉆井液處理技術領域，具體涉及到一種以廢棄皮膠原為基質，用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法。
背景技術：
廢棄鉆井液與污油、污水一樣，是油氣田生產過程中的三大公害之一。它在自然狀態下難以降解，堆積在作業區周圍，占用大量耕地或草地，造成土壤板結、土地鹽堿化，使被占有土地失去使用價值。同時，廢棄鉆井液長期累積滲透到地表下水層或隨雨水外溢流入江河小溪，污染水源，危害人類身體健康。隨著國家對環保要求的不斷提高，對廢棄鉆井液的綜合治理已經成為當前亟待解決的問題。廢棄鉆井液以粘土和水為基礎，具有膠體和懸浮體的綜合性質，是一種較穩定的分散體系。由于其中的懸浮微粒多帶負電，在雙電層的作用下，會使污水具有一定的穩定性，從而使得固化效果不理想，浸出液水質不達標。而在固化處理時適當添加絮凝劑，既可破除其中的乳化油，同時也能使膠體脫穩，顯著提高浸出液的水質，避免污染環境。常見的絮凝劑主要分為無機高分子型和有機高分子型。其中以聚硅酸為代表的無機高分子絮凝劑穩定性差，制備時操作較為復雜，并未得到廣泛的應用；而目前國內廣泛使用的有機高分子絮凝劑——聚丙烯酰胺(PAM)，合成成本高，其聚合單體丙烯酰胺難于降解，具有強烈的神經毒性和致癌性，威脅人類健康，造成二次環境污染。
發明內容
本發明的目的在于提供一種陽離子型復合絮凝劑的制備方法，以解決現有絮凝劑所存在的成本較高、合成或降解產物具有強烈的神經毒性和致癌性，會造成二次環境污染的問題。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是
一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟
1)水解明膠的制備以廢棄皮膠原中提取出的明膠為原料，制備成質量分數89Γ12%的明膠溶液，然后向其中加入不同類型的水解劑，水解溫度為35 70°C，水解時間為2飛h，得到水解明膠溶液，備用；
2)陽離子型復合絮凝劑的制備取1)中所得水解明膠溶液20mL，調節pH值至3，向其中加入質量分數5%的無機金屬鹽溶液35 140mL，常溫下混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的PH值調節至3. 5 4. 3，于3(T55°C下反應10 1他，即得陽離子型復合絮凝劑。上述水解劑是質量分數為10%的H2SO4溶液，明膠溶液與H2SO4溶液按體積比2. 5 1 混合ο上述水解劑是質量分數為10%的檸檬酸溶液，明膠溶液與檸檬酸溶液按體積比4: 1混合。上述水解劑是1398中性蛋白酶，其加入量是所用明膠質量的0. 5^1. 5%。
上述水解劑是胰蛋白酶，其加入量是所用明膠質量的1. 5%。上述步驟2)中的無機金屬鹽溶液為硫酸鐵溶液、氯化鐵溶液和硫酸鋁溶液中的一種。與現有技術相比，本發明具有以下優點
1、原料來源廣，成本低。我國是制革工業大國，但在制革過程中，僅有原料皮重約20% 的物質轉化為可售出的皮革，而在廢棄皮膠原的成分中，約80%都是可利用的明膠，因而本發明中使用的原料來源廣泛，且成本低廉，制備工藝條件溫和，操作容易。2、產品絮凝效能高。廢棄鉆井液因其有機質含量較高而呈現負價態，陽離子型絮凝劑可以與水中微粒起電中和及吸附架橋作用，從而使體系中的微粒脫穩、絮凝，有效地降低水中懸浮固體的質量分數，降低水質的COD含量。明膠水解后，膠原蛋白分子上含有大量羧基、羥基等活性基團，能夠負載金屬離子，且負載力強、負載量大、選擇性高。同時，對于有機高分子絮凝劑，其分子上所帶的-NH-、-COO-, -OH-等具有多種結構的親水基團，有利于污染物進入絮凝體，脫色性好。3、產物對環境友好，實現“以廢治污”，最大限度的節約資源。本發明以廢棄皮膠原中提取的明膠和無機金屬鹽為原料，制備陽離子型復合絮凝劑，用于油氣田廢棄鉆井液的絮凝，原料和產物均無毒副作用。貫徹“以廢治污”的理念，對制革過程產生的廢棄皮膠原進行回收利用，節約資源的同時，防止對環境造成二次污染。
具體實施例方式
下面將結合實施例對本發明做詳細地說明。在廢棄皮膠原的成分中，約有80%都是可利用的明膠。明膠是一種兩性物質，經水解后會暴露出大量的羧基、羥基等活性基團，這類天然高分子材料具有許多合成高分子材料無法比擬的特殊化學結構和超分子結構。利用其可制備出適合于不同分離對象的新型絮凝材料，這類絮凝材料可望在廢棄鉆井液處理、化工、冶金、環保及食品加工等領域產生重要影響。本發明以制革過程中的廢棄革屑為原料提取明膠，在適當條件下水解后，膠原蛋白分子上暴露出大量的羧基、羥基等活性基團，利用制革化學中的鞣制機理，將適當的金屬離子負載在明膠水解后所得的膠原蛋白分子上，制備陽離子型復合絮凝劑，并將其用于油氣田廢棄鉆井液的絮凝。實施例1
一種用于油氣田廢棄鉆井液處理的陽離子復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟 1)以堿法(MgO)水解從廢棄皮膠原中提取出的相對分子質量較大的明膠為原料，將質量分數同為10%的明膠溶液和H2SO4溶液按體積比2. 5:1混合，于60°C下水解4h，得到水解明膠溶液。2)取1)中水解明膠溶液20mL，調節其pH為3，加入質量分數5%的硫酸鋁溶液 140mL,常溫下充分混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的pH值提至4. 3，于40°C下反應16h，即得陽離子型復合絮凝劑。用本實施例所制得的絮凝劑對油氣田廢棄鉆井液進行絮凝，使用時絮凝劑與廢棄鉆井液投加量之比為1 3. 5，COD去除率達到80. 8%，懸浮物去除率達到78. 2%。實施例2:一種用于油氣田廢棄鉆井液處理的陽離子復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟 1)以堿法(MgO)水解從廢棄皮膠原中提取出的相對分子質量較大的明膠為原料，配制質量分數為12%的明膠溶液，向其中加入1. 5%的1398中性蛋白酶(按所用明膠的質量計)， 于45°C下水解池，得到水解明膠溶液。2)取1)中水解明膠溶液20mL，調節其pH=3，加入質量分數5%的硫酸鋁溶液70mL， 常溫下充分混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的PH值提至3. 8，于30°C下反應12h， 即得陽離子型復合絮凝劑。用本實施例所制得的絮凝劑對油氣田廢棄鉆井液進行絮凝，使用時絮凝劑與廢棄鉆井液投加量之比為1 3. 5，COD去除率達到83. 9%，懸浮物去除率達到86. 6%。實施例3
一種用于油氣田廢棄鉆井液處理的陽離子復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟 1)以堿法(MgO)水解從廢棄皮膠原中提取出的相對分子質量較大的明膠為原料，配制質量分數為10%的明膠溶液，向其中加入1. 5%的胰蛋白酶(按所用明膠的質量計)，于35°C 下水解池，得到水解明膠溶液。2)取1)中水解明膠溶液20mL，調節其pH為3，加入質量分數5%的硫酸鋁溶液 IOOmL,常溫下充分混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的pH值提至4. 0，于50°C下反應10h，即得陽離子型復合絮凝劑。用本實施例所制得的絮凝劑對油氣田廢棄鉆井液進行絮凝，使用時絮凝劑與廢棄鉆井液投加量之比為1 3. 5，COD去除率達到91. 1%，懸浮物去除率達到88. 2%。實施例4
一種陽離子型復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟
1)水解明膠的制備以堿法(MgO)水解從廢棄皮膠原中提取出的相對分子質量較大的明膠為原料，將質量分數1 的明膠溶液和質量分數10%的檸檬酸溶液按體積比4:1混合， 于70°C下水解他，得到水解明膠溶液。2)陽離子型復合絮凝劑的制備取1)中水解明膠溶液20mL，調節其pH為3，加入質量分數5%的硫酸鐵溶液45mL，常溫下充分混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的 PH值提至3. 5，于55°C下反應14h，即得陽離子型復合絮凝劑。用本實施例所制得的絮凝劑對油氣田廢棄鉆井液進行絮凝，使用時絮凝劑與廢棄鉆井液投加量之比為1 3. 5，COD去除率達到83. 9%，懸浮物去除率達到85. 1%。實施例5
一種陽離子型復合絮凝劑的制備方法，包括下述步驟
1)水解明膠的制備以堿法(MgO)水解從廢棄皮膠原中提取出的相對分子質量較大的明膠為原料，配制質量分數為8%的明膠溶液，向其中加入0. 5%的1398中性蛋白酶(按所用明膠的質量計)，于40°C下水解池，得到水解明膠溶液。2)陽離子型復合絮凝劑的制備取1)中水解明膠溶液20mL，調節其pH=3，加入質量分數5%的氯化鐵溶液35mL，常溫下充分混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的pH 值提至3. 8，于50°C下反應12h，即得陽離子型復合絮凝劑。用本實施例所制得的絮凝劑對油氣田廢棄鉆井液進行絮凝，使用時絮凝劑與廢棄鉆井液投加量之比為1 3. 5，COD去除率達到77. 8%，懸浮物去除率達到73. 6%。
權利要求
1.一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于包括下述步驟1)水解明膠的制備以廢棄皮膠原中提取出的明膠為原料，制備成質量分數8% 12%的明膠溶液，然后向其中加入不同類型的水解劑，水解溫度為35 70°C，水解時間為2飛h，得到水解明膠溶液，備用；2)陽離子型復合絮凝劑的制備取1)中所得水解明膠溶液20mL，調節pH值至3，向其中加入質量分數5%的無機金屬鹽溶液35 140mL，常溫下混合均勻后，在振蕩的條件下，加堿將溶液的PH值調節至3. 5 4. 3，于3(T55°C下反應10 1他，即得陽離子型復合絮凝劑。
2.根據權利要求1所述的一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述水解劑是質量分數為10%的H2SO4溶液，明膠溶液與溶液按體積比2. 5:1混合。
3.根據權利要求1所述的一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述水解劑是質量分數為10%的檸檬酸溶液，明膠溶液與檸檬酸溶液按體積比4: 1混合。
4.根據權利要求1所述的一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述水解劑是1398中性蛋白酶，其加入量是所用明膠質量的0. 5^1. 5%。
5.根據權利要求1所述的一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述水解劑是胰蛋白酶，其加入量是所用明膠質量的1. 5%。
6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種用于廢棄鉆井液處理的陽離子型復合絮凝劑的制備方法，其特征在于所述步驟2)中的無機金屬鹽溶液為硫酸鐵溶液、氯化鐵溶液和硫酸鋁溶液中的一種。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理石油鉆井過程中產生的廢棄鉆井液的復合絮凝劑及其制備方法。首先通過堿法水解從廢棄皮膠原中提取出相對分子質量較大的明膠，然后利用不同水解劑，將所提取的明膠進一步水解成相對分子質量適中的膠原蛋白，再利用制革化學中的鞣制機理，選取適當的金屬離子負載在膠原蛋白上，即可得到一種陽離子型復合絮凝劑，并對呈陰離子性的廢棄鉆井液進行絮凝。本發明制備的復合絮凝劑具有成本低、易操作、絮凝效能高、對人體安全無毒等優點，是一種環境友好型產品。同時，將廢棄皮膠原再利用，實現“以廢治污”，避免對環境造成二次污染。
文檔編號C02F1/52GK102167431SQ20111006060
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者任龍芳, 周亮, 張莎, 強濤濤, 王學川 申請人:陜西科技大學