隨著我國大部分油田進入三次采油階段，聚丙烯 酰胺驅油技術得到廣泛的應用。聚丙烯酰胺提高原油 采收率的同時也使采出汙水黏度及乳化程度升高，乳 化油滴粒徑變小，汙水處理難度增大[1 ]。常規的含聚 汙水處理流程（二級沉降-壓力過濾、自然沉降-氣浮除 油-壓力過濾、橫向流聚結除油器-壓力過濾）難以達到 中低滲透層注水水質的要求[2]。為此，國內外學者對 采出汙水中聚丙烯酰胺的化學降解進行了諸多研究。

聚丙烯酰胺化學降解技術是目前油田含聚汙水 處理的重要技術之_，根據降解的機理和工藝的不 同，其化學降解技術又可分為氧化降解法、光降解法 和光催化降解法。

1氧化降解法

自由基反應，以K2S2O8/FeSO4體係為例，Fe3+ /SO32 通過氧化還原反應可以產生自由基.OH，自由基能 引發聚丙烯酰胺分子鏈斷裂，從而導致聚丙烯酰胺發 生降解。其他學者研究也表明具有強氧化性.OH的 生成是聚丙烯酰胺氧化降解的主要原因。

聚丙烯酰胺的氧化降解反應機理是自由基反應機 理[3]。由於聚丙烯酰胺（以R-H表示）帶有的過氧化物 雜質（以ROOH表示）分解產生初級自由基，引發連鎖 自動氧化反應，當升溫或微量還原性物質存在時，這種 自動氧化反應顯著加速，促進聚丙烯酰胺鏈自由基的 產生。隨後，聚丙烯酰胺鏈上的自由基引發a裂解反 應和p-裂解反應，使主鏈斷裂，引起聚丙烯酰胺分子量 迅速下降。聚丙烯酰胺的氧化降解體係主要有氧化還 原體係、Fenton試劑、過氧化物等體係等。

1. 1氧化還原體係

在氧化還原體係中，聚丙烯酰胺的降解反應屬於

作者也通過實驗考察了 K2S2O8/FeSO4體係對 聚丙烯酰胺的氧化降解。實驗步驟為：配製質量分數 為0. 1%的標準聚丙烯酰胺溶液，45°C下用NDJ-1B 型旋轉黏度計測得黏度為206 mPa* s;配製氧化還原 體係K2S2O8與FeSO4質量分數比為5:1;將氧化還 原體係加入到標準聚丙烯酰胺溶液中，使溶液中 K2S2O8質量分數為0. 02%;測量聚丙烯酰胺溶液黏 度隨反應時間的變化，如圖1所示。由圖1可知， K2S2O8/FeSO4體係對聚丙烯酰胺有很好的降解作 用，3h時的降黏率達到95%以上。 

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2 9 6 (S • £ 日)/K線

80

1.2Fenton 試劑

Fenton氧化法是一種常用的高級氧化技術 (AOPs)，Fenton試劑具有極強的氧化能力，特別適 用於某些難治理或對生物有毒性的工業廢水處理[5]。 標準Fenton試劑是由H2O2與Fe2+組成的混合體 係，它通過催化分解H2O2產生的• OH進攻有機物 分子奪取氫，將大分子有機物降解為小分子有機物或 C〇2和H2O等無機物。

張鐵鍇等[6]研究了采用Fenton試劑氧化去除模 擬油田汙水中聚丙烯酰胺的可行性，在聚丙烯酰胺、 FeSO4 • 7H2O 和 H2O2 的質量比為 400 : 100 : 165 的條件下，聚丙烯酰胺化學降解技術研究進展,處理後模擬汙水中聚丙烯酰胺的殘存率在 10%以下。

通過實驗證明了 Fenton試劑會使聚丙烯酰胺發 生降解。Fenton試劑為自製，Fe2+與H2O2的質量分 數比為1 : 5,將其加入至0.1%的標準聚丙烯酰胺溶 液中，Fe2+濃度為0.01%，攪拌均勻。測量聚丙烯酰 胺溶液黏度隨反應時間的變化，如圖2所示。由圖2 可知，自製Fenton試劑對聚丙烯酰胺也有較好的降 解作用。

210 t

012345

反應時間/h

圖2溶液的黏度隨Fenton試劑反應時間的變化關係

1. 3過氧化物

過氧化物具有強氧化性的特點，可以使聚丙烯酰 胺發生降解。氧化還原體係中的K2S2O8以及 Fenton試劑中的H2O2都屬於過氧化物。過氧化物 可使聚丙烯酰胺分子的酰胺基氧化生成羧基，進而又 可以把羧基氧化成CO2,並有N2產生；反應過程中還 有O.的產生，可將聚丙烯酰胺主鏈氧化降解成小分 子有機物。

1. 4其他

除上述體係外，還可使用臭氧、對苯二酚、鄰苯三 酚等可通過自氧化產生O •的物質對汙水中的聚丙烯 酰胺進行氧化降解。目前研究較多的氧化劑是高鐵 酸鉀（K2FeO4 )，在反應過程中產生的FeO，、 HFeO43-以及O.是關鍵中間產物，均具有氧化性， 其產生量對聚丙烯酰胺的氧化降解有至關重要的 作用。

王寶輝等[7]采用高鐵酸鉀為氧化劑，對油田含聚 丙烯酰胺的汙水進行降解和降黏的研究，結果表明: 高鐵酸鉀是一種高效的強氧化劑，氧化聚丙烯酰胺的 降解率在60min時達90%以上，15min時溶液的黏 度可降至與蒸餾水相近。陳穎等[]通過實驗證明高 鐵酸鉀可有效氧化降解聚丙烯酰胺。

2光降解法

研究表明，自然光和紫外線照射均可直接降解聚 丙烯酰胺。在光照射條件下，聚丙烯酰胺主鏈發生降 解必須有氧存在，其降解步驟是[]:①兩個光子吸附 水分子，產生• OH;②從聚丙烯酰胺中提取H;③聚 丙烯酰胺的自由基與氧反應；④聚丙烯酰胺主鏈 斷裂。

Smith等[]將配製的HPAM(部分水解聚丙烯酰 胺）溶液置於封閉的玻璃瓶中，並使日光經過瓶口照 射溶液，觀察一段時間後發現溶液中AAM (單體丙烯 酰胺）顯著增長，NH4+下降，微生物濃度無明顯變化。 這說明HPAM鏈在光照條件下發生了光降解，而非 微生物降解。研究認為HPAM的光降解可用鍵能的 大小來解釋：HPAM中C-C、C-H、C-N鍵的鍵能分別 為340、420、414kJ/mol，因此相應地要斷裂這些鍵， 日光所對應的波長分別為325、250、288 nm。但由於 臭氧層的存在，吸收了 286〜300 nm的全部光波，因 此太陽光照隻能使C-C鍵斷裂，而對C-H和C-N鍵 的影響很小。

Vij ayalakshmi等[10]將P AM (聚丙烯酰胺）分別 暴露於80 W和120 W紫外線燈下照射，並觀察 PAM的降解性能。實驗結果表明：即使有催化劑 (TiO2)存在的情況下，聚丙烯酰胺化學降解技術研究進展,PAM也隻有在高功率紫外線 燈照射下才發生降解。

考察自然光對聚丙烯酰胺的降解行為，將兩份 60mL質量分數為0. 1%的標準聚丙烯酰胺溶液 (45°C下黏度為206 mPa • s)分別密封在容積為120 mL的廣口瓶中，一組暴露在室外自然光下，一組置於 室內陰涼處。4周後同樣條件下測得：暴露在自然光 下的聚丙烯酰胺溶液黏度降至148mPa. s，室內陰涼 處的聚丙烯酰胺溶液黏度為198mPa. s，說明自然光

王增寶等：聚丙烯酰胺化學降解技術研宄進展

2012年8月

對聚丙烯酰胺有降解作用。

3光催化降解法

近年來，國際上對光催化技術應用於環境治理方 麵的研究異常踴躍，且取得顯著成果。大量的研究報 道表明，光催化法對環境汙染物都有很好的去除效 果，反應過程中產生強氧化性基團（主要是• OH)，通 過自由基很多難生物降解的物質最終達到完全 礦化[11]。

陳穎等「12]利用改製的中壓汞燈（功率為25 W， 最大光功率為1W/cm2)照射，采用不同類型的半導 體Ti〇2為催化劑，研究了非均相光催化氧化降解水 中聚丙烯酰胺的可行性，並對其活性進行了考察。結 果表明，不同類型的半導體對聚丙烯酰胺水溶液的氧 化活性也不同，以納米級的銳鈦礦型Ti〇2活性較好， 光照催化60min後聚丙烯酰胺殘存率在10%左右。 羅—菁等[13]也通過實驗證明，采用1%的催化劑 Ti〇2,在中壓汞燈紫外光的作用下，可使汙水中的聚 丙烯酰胺降解至8%左右。

雒維國等[14]認為以Ti〇2作為氧化劑時，中壓汞 燈效果最好的原因是：在光催化降解過程中，光源所 發出的所有光波中起作用的是紫外光或接近紫外光 部分的光，A<385 nm的紫外光可實現Ti〇2的光催 化，同時光的強度越大，能量利用率越高，而中壓汞燈 光功率大，且發出的紫外光或接近紫外光部分的能 量高。

李凡修等[1516]對超聲光催化降解HPAM和紫外 光催化降解HPAM進行了研究，超聲光催化降解 HPAM是在超聲波頻率30 kHz,輸出功率50 W， T〇2催化劑用量為600 mg/L，HPAM的初始濃度為 200 mg/L的條件下進行，經120min超聲光催化處 理後的HPAM降解率可達97. 5%以上；紫外光催化 降解HPAM是在催化劑T〇2用量為0. 5 g/L， HPAM溶液的初始濃度為100 mg/L的條件下，聚丙烯酰胺化學降解技術研究進展,經 180 min紫外光催化處理，HPAM降解率可達到 91. 3%以上。

4結束語

國內外學者已對聚丙烯酰胺化學降解的機理做 了大量研究和實驗，總體來說對聚丙烯酰胺的化學降 解已有較為全麵的認識，但目前應用於現場的報道還 很少。

在此項技術中，氧化降解法的關鍵是氧化劑的選 擇，研究高性能、廉價的氧化劑是今後研究的重點；光

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降解法和光催化降解法若能高效地將自然界取之不 盡的太陽光和高效廉價的催化劑結合起來使用，將會 成為油田含聚汙水處理的一大熱點。