[發明專利]一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑制備方法及應用

在審

• 申請號: 201910675261.6
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110270309A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 任宏洋;熊明洋;王兵;張歡;汪佳敏;段欣欣
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F103/10
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本發明公開了一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑制備方法及應用，該制備方法主要包括硅藻土的酸預處理，碳納米管的超聲分散，然后將其干燥的硅藻土與碳納米管懸浮液混合，再混合攪拌，離心后干燥得到碳納米管/硅藻土吸附材料，將此材料應用于在頁巖氣壓裂返排處理中對于有機污染物去除效果較為顯著，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于油氣田開采過程中廢水吸附材料技術領域，具體涉及一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑制備方法及應用。

背景技術

隨著非常規天然氣能源的發展，大量水力壓裂技術被廣泛用于頁巖氣勘探。水力壓裂的關鍵問題之一是頁巖氣壓裂返排液的處理，這是廢水在壓裂活動后返回地表的復雜混合物。頁巖氣回流水含有大量的鹽，顆粒，金屬和許多有機化合物。頁巖氣壓裂返排液中的有機化合物可來自地層水，與頁巖地層水相關的固相，地層中存在的油，以及生產過程中添加的有機化學物質。由于其復雜性，有效處理頁巖氣壓裂返排液具有挑戰性，這使得水資源在很大程度上限制了頁巖氣行業的發展。近年來，頁巖氣壓裂返排液的適當處理和處置已成為關鍵和廣泛研究。國內外治理頁巖氣壓裂返排液的主要方法有物理法、化學法和生物法等。然而，吸附被認為是預處理技術中最有效和最簡單的方法之一。

硅藻土是一種具有多孔性的生物硅質巖，其主要成分是SiO₂。硅藻土具有獨特的微孔結構，滲透性和吸附性良好，具有較強的吸附能力，且在自然界中大量存在，價格低廉，在環境治理方面具有很好的應用前景。碳納米管作為一種新型的納米材料，因其豐富的納米空隙結構和巨大的比表面積，而具有優良的吸附性能，現在已經開始在有機廢水處理方面得到越來越多的研究及應用。但兩種材料都有其局限性：硅藻土單一的孔結構和較低的比表面積，使其吸附性能仍具有一定的局限性；碳納米管在水溶液中分散性很差，極易發生團聚，吸附后懸浮于溶液中，增加分離難度，并未利用所有比表面積用于吸附，限制了其吸附效果，且碳納米材料價格昂貴，吸附成本高。

本發明制備一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑，關鍵的創新在于將硅藻土作為容器，把碳納米管鑲嵌進硅藻土孔道中，提高碳納米管的分散性，在不改變碳納米管的結構上，提高吸附效果。將碳納米管/硅藻土吸附材料用于頁巖氣壓裂返排液上的吸附應用，提供最優的吸附工藝為頁巖氣壓裂返排液的處理提供參考。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑制備方法及應用，能夠有效地吸附頁巖氣壓裂返排液中有機物，材料吸附速率快，吸附效果好，吸附物種類多，制備工藝簡單。

1、一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑的制備方法，其特征在于：

(1)用質量濃度為45-55％的硫酸浸泡硅藻土4h進行預處理，以去除孔道和表面的雜質，并使硅藻土表面帶上正電荷，烘干備用；

(2)加碳納米管至質量濃度為4-5％十二烷基磺酸鈉(SDS)溶液中，重量份的碳納米管：SDS溶液＝1：45-55，用30-50kHz，50W/L的超聲30min對碳納米管進行分散得到碳納米管懸浮液；

(3)再加入步驟(1)中的硅藻土混合，持續攪拌20-24h；

(4)離心真空干燥，即得。

解決以上技術問題的本發明中的一種頁巖氣壓裂返排液水處理吸附劑，其特征在于：包括碳納米管和硅藻土，質量份的碳納米管：硅藻土＝1：5。

通過優化制備過程中硅藻土碳納米管的質量比，并不是碳納米管加的量越多越好，最多鑲嵌進20％的碳納米管，若加入更多的碳納米管，會使多于的碳納米管直接暴露于水中的污染物中，這將增加吸附后吸附劑的分離難度。

所述的碳納米管為羧基化多壁碳納米管，內徑為5-10nm，外徑為20-40nm，長度為10-30μm。用羧基化多壁碳納米管，是由于其表面帶負電，與帶正電荷的硅藻土可靠靜電吸引力結合在一起。