溫度對聚丙烯酰胺溶液光譜測量的影響

王秋實， 齊晗兵， 張曉雪， 李 棟

(東北石油大學 土木建筑工程學院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

石油開采中，聚丙烯酰胺作為有效的驅油劑、調剖堵水劑等被大量使用，導致油田采出液和污廢水中含有大量的聚合物，大大增加了油田污水處理難度[1-4]。對油田污水中聚丙烯酰胺含量的檢測越來越受到環保工作者和科研人員的重視，目前，油田采出液中聚丙烯酰胺濃度的檢測方法主要有淀粉-碘化鎘光度法、比濁法及紫外分光光度法等。油田企業最常用的方法是淀粉-碘化鎘光度法，該測量方法實驗操作繁瑣，存在測量操作時間長，干擾因素多，測量結果誤差大的缺點[5-9]。因此，為滿足油田生產需求，加大油田采出液水質參數監測力度，提高檢測數據的準確性，研究了一種高效且準確的采油污水聚丙烯酰胺含量測試方法，對于油田生產具有重要的作用。本文基于光譜測量法[3,10-11]，研究了含聚丙烯酰胺水溶液非常溫下透射光譜，獲得了聚丙烯酰胺水溶液在20～60 ℃時的紫外光波段透射光譜和近紅外波段透射光譜。

1 實驗方法

1.1 恒溫實驗裝置搭建

根據油田生產現場采出液污廢水溫度特性，研究溫度對聚丙烯酰胺溶液光譜特性的影響[12-15]。結合IRTracer100傅里葉變換紅外光譜儀和TU-1901/1900雙光束紫外可見分光光度計不具備加熱功能，進行了恒溫實驗裝置的設計和搭建，進而完成聚丙烯酰胺水溶液光譜特性的測量。

實驗器材：電源(24 V，5 A)1個，電源(5 V，60 A)2個，溫控儀1個(型號XMTG-5211K AC220 V)，繼電器1個，恒溫箱1個，溫度巡檢儀1個以及導線若干。非常溫光譜實驗裝置的原理如圖1所示。

圖1 非常溫光譜測量實驗裝置原理圖

1.2 實驗儀器及藥品

(1) 實驗儀器。IRTracer100傅里葉變換紅外光譜儀；TU-1901/1900雙光束紫外可見分光光度計；HJ-5型多功能攪拌器；電子天平(精度為0.000 1)；0.05 mm厚墊片；ZnSe窗片(厚度為2 mm)；10 mm光程石英比色皿；非常溫光譜測量實驗裝置。

(2) 實驗藥品。工業級聚丙烯酰胺，蒸餾水(實驗室自制)。

2 實驗結果和分析

配制濃度為1 g/L的聚丙烯酰胺母液，熟化24 h后，分別取母液稀釋成10～1 000 mg/L濃度的聚丙烯酰胺溶液。利用非常溫光譜測量實驗裝置分別測量各濃度聚丙烯酰胺溶液紅外透射光譜和紫外透射光譜。

2.1 紅外波段實驗結果

如圖2所示，溫度對不同濃度聚丙烯酰胺溶液透射光譜有很大的影響。隨著溫度的升高，聚丙烯酰胺溶液的透光率在不斷增大。在20～60 ℃范圍內，聚丙烯酰胺溶液透射光譜圖波峰沒有產生明顯變化，說明溫度對聚丙烯酰胺溶液本身結構沒有產生影響，沒有新鍵生成。當溫度升高至40 ℃以上時，由于加熱使光學腔內聚丙烯酰胺溶液蒸發，聚丙烯酰胺溶液中出現小氣泡，當氣泡處于ZnSe窗片中心位置時，阻礙光的傳播，致使波峰處光譜出現鋸齒形狀現象。

(a)10mg/L(b)20mg/L(c)40mg/L(d)50mg/L(e)80mg/L(f)100mg/L(g)200mg/L(h)500mg/L(i)800mg/L(j)1000mg/L

圖2 不同濃度聚丙烯酰胺溶液不同溫度紅外透射光譜

2.2 紫外波段實驗結果

由圖3可知，溫度對不同濃度聚丙烯酰胺溶液紫外透射光譜影響較小，在波長200～760 nm范圍內，聚丙烯酰胺溶液的透光率隨溫度變化很小；在波長760～900 nm范圍內，不同濃度聚丙烯酰胺溶液透光率隨溫度變化不一，但整體透光度隨溫度變化趨勢一致，均為隨溫度的升高，透光率不斷增大。

(a)10mg/L(b)20mg/L(c)40mg/L(d)50mg/L(e)80mg/L(f)100mg/L(g)200mg/L(h)500mg/L(i)800mg/L(j)1000mg/L

圖3 不同濃度聚丙烯酰胺溶液不同溫度紫外透射光譜

3 結 語

利用所搭建的恒溫控制實驗裝置結合雙光束紫外可見分光光度計和傅里葉變換紅外光譜儀，測量了聚丙烯酰胺溶液在20～60 ℃時的紅外透射光譜和紫外可見光波段透射光譜。研究表明，聚丙烯酰胺水溶液的紫外波段和可見光波段透射光譜受溫度影響較小，而近紅外波段透射光譜受溫度影響較大。

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