Nổi bật

Tóm tắt Việc tách dầu hiệu quả khỏi nước thải công nghiệp phức tạp, đặc biệt là nước thải từ quá trình khai thác thủy lực, vẫn là một thách thức môi trường quan trọng. Nghiên cứu này trình bày một phương pháp sáng tạo để sử dụng polyacrylamide cation (CPAM) được sửa đổi đồng bộ với nano silica kỵ nước (SiO2) và 3-(methacryloyloxy)propyltrimethoxy silane (KH570) nhằm nâng cao hiệu quả tách dầu/nước. Đánh giá so sánh CPAM không sửa đổi với các hợp chất CPAM-SiO2-KH570 ở các mức tải SiO2 khác nhau (10 %, 13 %, và 16 %) cho thấy sự cải thiện hiệu suất đáng kể. CPAM không sửa đổi đạt được độ truyền sáng tối đa 89 % ở pH 7 (0.4 g/L), với độ trong suốt giảm trong điều kiện axit và kiềm. Ngược lại, các hợp chất nano sửa đổi cho thấy khả năng tạo bông vượt trội và mạnh mẽ hơn. Hợp chất SiO2 10 % thể hiện độ trong suốt xuất sắc (90–94 % ở pH 7) và khả năng chịu liều rộng nhất (0.3–0.4 g/L), cung cấp tính linh hoạt cao trong vận hành. Hợp chất SiO2 13 % đạt được độ trong suốt cao nhất và mạnh mẽ nhất (95–98 % ở pH 7) trong một khoảng liều rộng (0.25–0.4 g/L), duy trì hiệu suất mạnh mẽ qua các mức pH khác nhau, làm cho nó lý tưởng cho việc đánh bóng theo tiêu chuẩn cao. Trong khi đó, hợp chất SiO2 16 % cung cấp độ trong suốt (∼99 %) ở liều thấp hơn (0.1–0.2 g/L), nhưng nó thể hiện một khoảng tối ưu hẹp và nhạy cảm với pH cao. Những cải tiến này là kết quả của việc tăng đường kính động lực học của chất keo tụ hybrid từ 16–25 μm so với ∼7 μm cho CPAM và duy trì điện tích dương. Thêm vào đó, việc neo giữ tĩnh điện và kỵ nước mạnh mẽ hơn thông qua lớp vỏ alkyl KH570, kết hợp với khả năng cầu nối được cải thiện nhờ các nút silica cứng, dẫn đến các bông keo ổn định hơn. Nghiên cứu này chứng minh rằng CPAM sửa đổi nano kỵ nước cung cấp một giải pháp rất hiệu quả, động lực nhanh và cấu trúc vững chắc cho việc xử lý nước thải dầu khí, cho phép hiệu suất tách cao với mức tiêu thụ hóa chất giảm và thúc đẩy các thực hành quản lý nước bền vững.

Sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp hóa và sự gia tăng xả thải dầu từ các ngành công nghiệp dầu mỏ và hóa dầu đang đe dọa sức khỏe con người và môi trường. Ô nhiễm dầu trong nước sản xuất chủ yếu là do dầu nhũ hóa hoặc dầu tự do [3]. Dầu tự do có thể được loại bỏ thông qua tách trọng lực và các quy trình cơ học, nhưng dầu nhũ hóa thì khó tách ra do tính ổn định của nó trong nước và các rủi ro môi trường. Các chất lỏng thủy lực trong khoan, bao gồm khoảng 94% nước, 5% chất tạo hình và 1% phụ gia, là rất cần thiết cho việc khai thác dầu và khí không truyền thống [8,9]. Tính ổn định của nước hồi lưu thủy lực (HFW) bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, đặc biệt là độ mặn cao và ảnh hưởng của pH. Những tiến bộ gần đây trong việc xử lý HFW tập trung vào quá trình keo tụ/ tạo bông, điều này làm mất ổn định các hạt keo và tăng cường sự kết tụ để tách biệt hiệu quả, và các kỹ thuật hấp phụ. Điện tích âm trên các giọt dầu là rất quan trọng cho sự ổn định của nhũ tương dầu-nước. Chúng tạo ra lực đẩy tĩnh điện ngăn chặn sự kết hợp và duy trì trạng thái phân tán của dầu trong nước. Trong bối cảnh này, các cơ chế cơ bản điều khiển sự tương tác giữa chất keo và nhũ tương đã được khám phá rộng rãi trong tài liệu gần đây. Dey et al. đã nhấn mạnh vai trò của việc trung hòa điện tích và cầu polymer như là các cơ chế mất ổn định chính trong các hệ keo, điều này vẫn là trung tâm cho cả ứng dụng chất keo tự nhiên và tổng hợp. Những hiểu biết này cung cấp một khung lý thuyết cho việc thiết kế các chất keo polymer hiệu suất cao trong các môi trường nước phức tạp.

Cationic polyacrylamide (CPAM) là một polymer hòa tan trong nước được tổng hợp thông qua các phương pháp như polymer hóa dung dịch, polymer hóa nhũ tương/nhũ tương ngược, và polymer hóa phân tán trong nước. Polymer hóa phân tán trong nước là một kỹ thuật thú vị được sử dụng để tổng hợp các polymer. Khác với polymer hóa dung dịch, nơi polymer vẫn hòa tan, hoặc polymer hóa nhũ tương/nhũ tương ngược thường sử dụng dung môi hữu cơ, polymer hóa phân tán trong nước tạo ra một sự phân tán của các hạt polymer trực tiếp trong môi trường nước. CPAM được sử dụng rộng rãi như một tác nhân làm khô bùn do mật độ điện tích dương cao, độ nhớt nội tại và trọng lượng phân tử có thể điều chỉnh. Điện tích dương của nó thu hút các giọt dầu mang điện tích âm, tạo thành các cụm. CPAM thường được sản xuất bằng cách đồng polymer hóa acrylamide (AM) với các monomer cation như acryloyloxyethyltrimethyl ammonium chloride (DAC), 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride (DMC), diallyl dimethyl ammonium chloride (DMDAAC), và các monomer amoni bậc bốn. Trong khi đồng polymer hóa DMDAAC với AM gặp khó khăn trong việc đạt được trọng lượng phân tử cao do cản trở steric, DAC và DMC thể hiện tính phản ứng tốt hơn, cho phép sản xuất các polymer có trọng lượng phân tử cao. Một copolymer CPAM mạnh, PAMA, đã được tổng hợp bằng cách phản ứng AM với methacrylamido propyl trimethyl ammonium chloride (MAPTAC) dưới bức xạ UV. Tuy nhiên, những polymer này có xu hướng co lại, thủy phân và tạo cụm, với khả năng tương thích hạn chế trong môi trường pH cao. Các copolymer CPAM gặp phải những hạn chế trong môi trường có độ mặn cao và pH cao, nơi mà sự cuộn lại của chuỗi polymer hoặc thủy phân làm giảm hiệu quả tạo cụm. Thách thức này cũng đã được quan sát trong các ứng dụng loại bỏ kim loại. Ví dụ, Ageenko et al. đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất keo tụ dựa trên polyacrylamide đối với sự xi măng cadmium từ các dung dịch nước và phát hiện rằng các phụ gia polymer có ảnh hưởng đáng kể đến động học phản ứng, hình thái và hành vi tách biệt, đặc biệt là dưới điều kiện độ mạnh ion cao. Những phát hiện của họ nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thiết kế các hệ thống dựa trên CPAM vẫn hiệu quả trong các điều kiện có độ mặn cao tương tự như trong nước thải thủy lực. Công nghệ nano cung cấp các giải pháp đổi mới cho xử lý nước, bao gồm các chức năng màng và quy trình lọc cho khử muối nước ngọt và nước biển. Các hạt nano đã được sử dụng để tăng cường sự tách biệt dầu-nước với CPAM. Các hạt nano Fe3O4, với các tính chất từ tính, cho phép tách biệt thông qua các trường từ tính và đơn giản hóa quá trình xử lý. Sự sửa đổi bề mặt của Fe3O4 với KH570 nâng cao cả hiệu quả tách biệt từ tính và hấp phụ dầu. Nano-SiO2 đã được sửa đổi, với diện tích bề mặt cao và các tính chất có thể điều chỉnh, có thể được chức năng hóa với các hợp chất hữu cơ như 3-(methacryloyloxy) propyltrimethoxy silane (KH570) để hấp phụ các chất ô nhiễm mục tiêu, cung cấp thêm khả năng loại bỏ dầu ngoài việc tạo cụm do CPAM gây ra. Monomer cation DMC có một trung tâm mang điện tích dương bên ngoài liên kết đôi của nó, cho phép sản xuất các copolymer có trọng lượng phân tử cao. Cheng et al. đã tổng hợp copolymer cation P(AM-DMC) bằng cách sử dụng AM và DMC thông qua polymer hóa nhũ tương ngược. Theo tài liệu, công trình nghiên cứu của chúng tôi đặc biệt quan trọng vì nó giới thiệu hệ thống polyacrylamide cation (CPAM) đổi mới, được tổng hợp từ acrylamide (AM) và 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride (DMC), được sửa đổi với nano-SiO2 với các tác nhân silane KH570, cung cấp một phương pháp tiên tiến và hiệu quả cho việc tách dầu/nước dựa trên Kaolin. Việc kết hợp các vật liệu nano nâng cao khả năng hấp phụ và trung hòa điện tích, trong khi KH570 cải thiện sự tương tác của polymer với các hạt lơ lửng, dẫn đến việc tạo cụm hiệu quả hơn với liều lượng giảm. Bằng cách tối ưu hóa thành phần và nồng độ polymer, nghiên cứu này trình bày một giải pháp có thể mở rộng cho xử lý nước thải từ các mỏ dầu, từ đó giảm thiểu dấu chân môi trường.các hoạt động khoan thủy lực. Khả năng đạt được hiệu suất tách biệt cao trong khi giảm thiểu tiêu thụ hóa chất làm cho nghiên cứu này rất có liên quan đến các ứng dụng công nghiệp, đảm bảo nước thải sạch hơn và thúc đẩy các thực hành quản lý nước bền vững trong lĩnh vực dầu khí.