油田污水中聚丙烯酰（HPAM）的降解機理研究

蔡天凱

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步也推動著我國油田污水處理技術(shù)的發(fā)展，尤其是聚合物的驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展更是得到了非常廣的應(yīng)用。根據(jù)目前所面臨的油田污染現(xiàn)狀，大力發(fā)展元油田的采收率成了目前科學(xué)家們主要研究的對象，聚丙酰胺作為主要的驅(qū)油物質(zhì)受到人們的特別關(guān)注，本文主要針對其特殊性質(zhì)和降解機理展開詳細的研究和討論。

【關(guān)鍵詞】聚丙酰胺；油田；驅(qū)油；機理

通過水解聚丙酰胺的的方式來發(fā)揮其獨特的高分子性和低濃度的高粘度特性，這一性質(zhì)被運用得到油田的原有采集中來，在一定程上取得非常好的效果和成績。聚丙酰胺水溶液的粘度有著非常特殊的性質(zhì)和價值。它可以從容夜中提取出特定的菌落且在特定的實驗環(huán)境培養(yǎng)中逐漸的生長和繁殖并降解，針對這樣的現(xiàn)象倆進行更深入的分析，了解聚丙酰胺在實際中油田污水中的降解機理。

1.聚丙酰胺的化學(xué)降解方法的種類和作用機理

1.1 HPAM氧化降解和作用機理

HPAM氧化降解的過程是一個自由基相互反應(yīng)的過程，有不少科學(xué)家涉及了這一領(lǐng)域的研究，其中總結(jié)了氧化降解的主要過程分為兩個步驟，首先，自動氧化過程，其二，連鎖裂解過程。在聚丙酰胺氧化降解的過程中需要先對其自身的氧化雜環(huán)進行分解來產(chǎn)生最初的級別的自由基，進而在開展一系列的自動氧化反應(yīng)。還原性的物質(zhì)能夠促進聚丙酰胺的自由基形成，接著聚合物鏈接反應(yīng)進一步發(fā)生，使聚合物發(fā)生裂變反應(yīng)和裂解反應(yīng)。

如果反應(yīng)過程中存在缺氧的條件則連接的自由基之間會發(fā)生分子鏈接，而發(fā)生偶合作用，產(chǎn)生一種特殊的結(jié)構(gòu)。其中裂解反應(yīng)和裂變反應(yīng)都會導(dǎo)致聚合物發(fā)生斷裂，進過這樣的斷裂之后溶液中的聚合物分子總量迅速下降。在這個過程中還包含了脫酰胺的反應(yīng)，進而又會產(chǎn)生其他形式的降解產(chǎn)物，需要明確說明的是在整個氧化反應(yīng)的過程中都是具有非常大的鏈接力學(xué)存在的，因此氧的存在會對反應(yīng)的結(jié)果造成巨大的影響。這是科學(xué)家詹亞力等人做出的實驗結(jié)論，除此之外還有其他的科學(xué)家在酚酞試劑氧化作用下進行降解機理的研究。主要的作用機理在在同體系條件下生成[Fe（III）（HO2）]2+，這樣就會促進Fe（II）粒子的形成，進而促進降解的進一步進行。高錳酸鉀的氧化同樣可以處理油田污水，其主要的原理在于能夠夠促進聚丙酰胺先發(fā)生斷裂，然后一小分子的形式來進一步被氧化成單體形式，實現(xiàn)降解目的。

1.2聚丙酰胺的光降解作用機理

通過大量的實驗研究數(shù)據(jù)表明光和紫外線能在一定程度上實施對聚丙酰胺的降解作用。以不同的天然水溶液來配置相關(guān)的HPAM溶液，并將其放置在具有陽光直射的地方，通過六個星期的實驗之后，來觀察容顏和各種粒子的數(shù)量變化以及溶液的Ph變化情況。其中顯示溶液中AAMD的生長顯著，同時銨離子的濃度有所下降，微生物的濃度沒有發(fā)生明顯的變化。這項實驗研究充分的說明了聚丙酰胺在自然環(huán)境條件下發(fā)生了分解作用，而單體不隨著這種變化而變化，通過實驗的研究可以解釋其導(dǎo)致發(fā)生降解的主要因素是光。管裂解導(dǎo)致的反應(yīng)可以從幾個方面來不同的解釋，其中主要是使HPAM中德C-C、C-H、C-N鍵發(fā)生斷裂而引起的一系列的連鎖反應(yīng)，其鍵能的數(shù)值分別是340，420，414kj/mol，而是這些鍵發(fā)生斷裂需要的波長分別是325，250，288nm。由于大氣層中臭氧的存在，決定了只能對波長在286和300nm之間的波長進行吸收，因此這就科學(xué)的解釋了C-C鍵發(fā)生斷裂的原因以及對另外兩種鍵的影響很小。

進過這一系列的研究和分析總結(jié)出了一些科學(xué)性的結(jié)論，對上述的結(jié)果有了明確的指示?？梢圆捎脤φ赵囼灥霓k法來進一步確認實驗結(jié)果的準確性，一組選擇在陽光下面，另一組則在避光處。進過分階段時間的放置過程來測量其中HPAM的降解情況，降實驗的結(jié)果一圖形的方式繪制出來，在圖形中就能夠清晰的展現(xiàn)其中各物質(zhì)濃度的大小關(guān)系，進而科學(xué)的驗證了光對聚丙酰胺的作用機理。

1.3聚丙酰胺的催化降解機理

通過實驗研究的辦法證明光降解機理能夠很大程度上實現(xiàn)去污的效果，尤其針對傳統(tǒng)方法中不能去除的污物就有特別顯著的效果。就此的論述的結(jié)果相關(guān)科學(xué)家做了實驗的驗證，以不同瓦數(shù)的燈以及烤箱進行相關(guān)的對照試驗，驗證的結(jié)果顯示：烤箱中的講解情況最不明顯，而中亞壓汞燈的效果是最好的，這說明對光源的選擇問題上也會影響到聚丙酰胺的講解效果。分析原因發(fā)現(xiàn)汞燈中所采用的光源的波長在385以下，這就說明紫外線靠近的波長光是降解聚丙酰胺的最好范圍。其中以光反應(yīng)的活化能主要是由光子能量產(chǎn)生的，光源能量的不同也是造成反應(yīng)速度的主要因素，進而直接影響到聚丙酰胺的講解速度。

2.HPAM的生物降解研究

2.1生物降解法的概述

生物降解的方法主要是指有機物在一些生物催化酶的作用下發(fā)生相關(guān)的反應(yīng)，以生物化學(xué)的變化方式來進行復(fù)雜物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程。甚至可以直接轉(zhuǎn)變成無機物，而聚合物的生物降解反應(yīng)基本就是這樣的流程。通過研究表明微生物并不是天生就具備某些特殊的降解能力，而是在進過特殊的處理之后表現(xiàn)出來的一種特殊性質(zhì)。例如，催化降解的酶是經(jīng)過專門的馴化和誘導(dǎo)反應(yīng)兒而來，使它具有一定的催化功能，其中具有這類降解功能的微生物主要有細菌、藻類和真菌。作用的原理分成三個不同類型來具體的講述，第一種，生物物理的作用機理，這種降解方法主要針對細胞的增長和聚合物的水解進行作用，使物質(zhì)都發(fā)生電離反應(yīng)，將其中有機污染物分解成為低聚化合物，第二種，生物化學(xué)作用，微生物對聚合物作用而產(chǎn)生了水、二氧化碳、甲烷等無機物。第三種，酶反應(yīng)直接作用，這個過程中的作用機理是微生物直接侵入到聚合物的內(nèi)部進入導(dǎo)致聚合物的性質(zhì)發(fā)生變化，這個過程的原理相對比較復(fù)雜，他和微生物的結(jié)構(gòu)特性有著密切的關(guān)系，共同發(fā)揮了生物和化學(xué)作用。

2.2生物降解法的作用機理

通過相關(guān)科學(xué)家的研究表明微生物降解聚合物的機理主要與微生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，其體內(nèi)含有一種脫氨酶，能夠在還原性酶的輔助條件下發(fā)生一系列復(fù)雜的變化，先是斷開聚丙酰胺中的C-N建，將其中的銨根離子解離出來，同時以O(shè)H-來取代原來的NH2-離子的位置最終生成含有羧基的物質(zhì)。通過與O2結(jié)合來使微生物酶發(fā)生斷裂和進行反應(yīng)，在只加入氧化酶的情況下能夠首先對碳鏈末端的甲基進行先反應(yīng)，在被氧化之后在進一步的氧化變成羧基，羧基中的一個氧原子是來自H2O中的氧，經(jīng)過一系列的反應(yīng)之后，聚丙酰胺的長鏈就被分解成為多個不同的小段，其中有能夠被微生物直接吸收的物質(zhì)，這樣的方式能夠在一定程度上實現(xiàn)降解聚合物的作用。

2.3微生物降解菌類的局限性

在微生物降解的放應(yīng)中通常使用的是一些比較常見的菌種，以單菌群落為主，然和目前大量的化學(xué)物質(zhì)的只用對微生物的降解作用產(chǎn)生一定的影響，而使實際作用的效果并不是非常明顯。例如，外界中一些有毒、有害的物質(zhì)進入到微生物的內(nèi)部對微生物的正常機理造成一定的影響，進而阻礙了其作用的發(fā)生，分析原因發(fā)現(xiàn)主要在于微生物本身不具備單獨降解聚合物的的能力。進而影響了最終的降解效果。

【參考文獻】

[1]邵強，閆光緒，郭紹輝.Fenton試劑處理油田含聚污水中聚丙烯酰胺的試驗研究[J].能源環(huán)境保護，2007（6）.

[2]包木太，陳慶國，王娜，郭省學(xué)，李希明.油田污水中聚丙烯酰胺（HPAM）的降解機理研究[J].高分子通報，2008（2）.

[3]王增寶，白英睿，趙修太，劉德新，尚校森.聚丙烯酰胺化學(xué)降解技術(shù)研究進展[J].油氣田環(huán)境保護，2012（8）.