하이라이트

초록 복잡한 산업 폐수, 특히 수압 파쇄 유출수에서 기름을 효율적으로 분리하는 것은 여전히 중요한 환경 문제입니다. 본 연구는 친수성 나노 실리카(SiO2) 및 3-(메타크릴로일옥시)프로필트리메톡시 실란(KH570)으로 시너지 효과를 내도록 수정된 양이온 폴리아크릴아마이드(CPAM)를 활용하여 기름/물 분리 효율성을 향상시키는 혁신적인 접근 방식을 제시합니다. 다양한 SiO2 로딩(10%, 13%, 16%)에서 수정되지 않은 CPAM과 CPAM-SiO2-KH570 복합체의 비교 평가 결과, 성능이 크게 향상되었습니다. 수정되지 않은 CPAM은 pH 7(0.4 g/L)에서 89%의 최대 투과율을 달성했으며, 산성 및 알칼리 조건에서는 투명도가 감소했습니다. 반면, 나노 수정 복합체는 우수하고 더 강력한 응집력을 보여주었습니다. 10% SiO2 복합체는 우수한 투명도(90–94% at pH 7)와 가장 넓은 용량 허용 범위(0.3–0.4 g/L)를 보여주어 높은 운영 유연성을 제공합니다. 13% SiO2 복합체는 넓은 용량 범위(0.25–0.4 g/L)에서 가장 높은 및 가장 강력한 투명도(95–98% at pH 7)를 달성하며, 다양한 pH에서 강력한 성능을 유지하여 고사양 폴리싱에 이상적입니다. 16% SiO2 복합체는 낮은 용량(0.1–0.2 g/L)에서 정화(∼99%)를 제공했지만, 최적 창이 좁고 pH 민감도가 높았습니다. 이러한 향상은 하이브리드 응집제의 유체역학적 직경이 CPAM의 ∼7μm에 비해 16–25μm로 증가하고 지속적인 양전하 덕분입니다. 또한, KH570 알킬 쉘을 통한 더 강한 정전기적 및 소수성 고정과 강직한 실리카 노드로 인한 향상된 교량 능력이 더 안정적인 플록을 생성합니다. 본 연구는 소수성 나노 수정 CPAM이 기름 필드 폐수 처리에 매우 효율적이고 빠른 동역학 및 구조적으로 강력한 솔루션을 제공하여 높은 분리 효율성을 달성하고 화학 물질 소비를 줄이며 지속 가능한 물 관리 관행을 촉진할 수 있음을 보여줍니다.

산업화의 급속한 성장과 석유 및 석유화학 산업에서의 기름 배출 증가가 인류 건강과 환경을 위협하고 있습니다. 생산된 물에서의 오일 오염은 주로 유 emulsion 또는 자유 오일에서 발생합니다 [3]. 자유 오일은 중량 분리 및 기계적 과정을 통해 제거할 수 있지만, 유 emulsion은 물에서의 안정성과 환경적 위험으로 인해 분리하기가 어렵습니다. 약 94%의 물, 5%의 지지체, 1%의 첨가제로 구성된 수압 파쇄 유체는 비전통적인 석유 및 가스 추출에 필수적입니다 [8,9]. 수압 파쇄 유출수(HFW)의 안정성은 여러 요인의 영향을 받으며, 특히 높은 염도와 pH의 영향을 받습니다. 최근 HFW 처리의 발전은 응집/플록화에 초점을 맞추고 있으며, 이는 콜로이드 입자를 불안정하게 하고 효율적인 분리를 위한 집합체 형성을 촉진합니다. 오일 방울의 음전하는 오일-물 유 emulsion의 안정성에 매우 중요합니다. 이들은 응집을 방지하고 물 속에서 오일의 분산 상태를 유지하는 전기적 반발력을 생성합니다. 이러한 맥락에서, 플록 응집제-유 emulsion 상호작용을 지배하는 기본 메커니즘이 최근 문헌에서 광범위하게 탐구되었습니다. Dey et al.은 콜로이드 시스템에서 주요 불안정화 메커니즘으로서 전하 중화 및 폴리머 브리징의 역할을 강조했으며, 이는 자연 및 합성 플록 응집제 응용 모두에 중심적입니다. 이러한 통찰력은 복잡한 수용성 환경에서 고효율 폴리머 플록 응집제를 설계하기 위한 이론적 틀을 제공합니다.

양이온성 폴리아크릴아미드(CPAM)는 용액 중합, 역 에멀젼/마이크로에멀젼 중합 및 수분산 중합과 같은 방법을 통해 합성된 수용성 폴리머입니다. 수분산 중합은 폴리머를 합성하는 데 사용되는 매력적인 기술입니다. 폴리머가 용해된 상태로 남아 있는 용액 중합이나 유기 용매를 자주 사용하는 에멀젼/마이크로에멀젼 중합과 달리, 수분산 중합은 수용성 매체에서 폴리머 입자의 분산을 생성합니다. CPAM은 높은 양전하 밀도, 고유 점도 및 조절 가능한 분자량 덕분에 슬러지 탈수제로 널리 사용됩니다. 양전하가 음전하를 띤 기름 방울을 끌어당겨 플록을 형성합니다. CPAM은 일반적으로 아크릴아미드(AM)와 아크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 염화물(DAC), 2-메타크릴로옥시에틸트리메틸암모늄 염화물(DMC), 다이알릴 디메틸암모늄 염화물(DMDAAC) 및 4급 암모늄 모노머와 같은 양이온성 모노머와 공중합하여 생산됩니다. DMDAAC와 AM의 공중합은 입체 장애로 인해 높은 분자량을 달성하는 데 어려움을 겪지만, DAC와 DMC는 더 나은 반응성을 보여 높은 분자량 폴리머의 생산을 가능하게 합니다. 강력한 CPAM 공중합체인 PAMA는 AM과 메타크릴아미도 프로필 트리메틸암모늄 염화물(MAPTAC)을 UV 방사선 하에서 반응시켜 합성되었습니다. 그러나 이러한 폴리머는 수축, 가수분해 및 플록화에 취약하며, 높은 pH 환경에서의 호환성이 제한적입니다. CPAM 공중합체는 폴리머 사슬의 코일링 또는 가수분해로 인해 플록화 효율이 감소하는 고염도 및 고pH 환경에서 한계를 겪습니다. 이러한 문제는 금속 제거 응용에서도 관찰되었습니다. 예를 들어, Ageenko 외 연구진은 수용액에서 카드뮴 시멘테이션에 대한 폴리아크릴아미드 기반 플록큘란트의 영향을 조사하였고, 폴리머 첨가제가 반응 동역학, 형태 및 분리 행동에 상당한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 특히 높은 이온 강도에서 그들의 발견은 수압 파쇄 폐수와 유사한 고염도 조건에서 효과적인 CPAM 기반 시스템 설계의 중요성을 강조합니다. 나노기술은 담수 및 해수 탈염을 위한 막 기능 및 여과 공정을 포함하여 수처리를 위한 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 나노입자는 CPAM과 함께 기름-물 분리를 향상시키는 데 사용되었습니다. 자기적 특성을 가진 Fe3O4 나노입자는 자기장을 통해 분리를 가능하게 하고 처리를 단순화합니다. KH570으로 Fe3O4의 표면 개질은 자기 분리 및 기름 흡착 효율을 모두 향상시킵니다. 높은 표면적과 조절 가능한 특성을 가진 개질된 나노-SiO2는 3-(메타크릴로옥시) 프로필트리메톡시 실란(KH570)과 같은 유기 화합물로 기능화되어 CPAM 유도 플록화 이상의 추가 기름 제거를 제공합니다. DMC 양이온성 모노머는 이중 결합 너머에 양전하 중심을 가지고 있어 높은 분자량 공중합체의 생산을 가능하게 합니다. Cheng 외 연구진은 AM과 DMC를 사용하여 역 에멀젼 중합을 통해 양이온 공중합체 P(AM-DMC)를 합성했습니다. 문헌에 따르면, 우리의 연구 작업은 아크릴아미드(AM)와 2-메타크릴로옥시에틸트리메틸암모늄 염화물(DMC)로 합성된 혁신적인 양이온성 폴리아크릴아미드(CPAM) 시스템을 도입하기 때문에 특히 중요합니다. KH570 실란제를 사용하여 개질된 나노-SiO2를 포함하여 카올린 기반 기름/물 분리에 대한 고급 및 효율적인 접근 방식을 제공합니다. 나노 물질의 도입은 흡착 및 전하 중화 능력을 향상시키며, KH570은 폴리머와 부유 입자 간의 상호작용을 개선하여 감소된 투여량에서 더 효과적인 플록화를 이끌어냅니다. 폴리머 조성과 농도를 최적화함으로써, 이 연구는 오일필드 폐수 처리를 위한 확장 가능한 솔루션을 제시하여 환경 발자국을 줄입니다.f 수압 파쇄 작업. 화학 물질 소비를 최소화하면서 높은 분리 효율을 달성할 수 있는 능력은 이 연구가 산업 응용에 매우 관련성이 있음을 나타내며, 이는 더 깨끗한 수질 방출을 보장하고 석유 및 가스 분야에서 지속 가능한 수자원 관리 관행을 촉진합니다.