温度对聚丙烯酰胺溶液光谱测量的影响

王秋实， 齐晗兵， 张晓雪， 李 栋

(东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318)

0 引 言

石油开采中，聚丙烯酰胺作为有效的驱油剂、调剖堵水剂等被大量使用，导致油田采出液和污废水中含有大量的聚合物，大大增加了油田污水处理难度[1-4]。对油田污水中聚丙烯酰胺含量的检测越来越受到环保工作者和科研人员的重视，目前，油田采出液中聚丙烯酰胺浓度的检测方法主要有淀粉-碘化镉光度法、比浊法及紫外分光光度法等。油田企业最常用的方法是淀粉-碘化镉光度法，该测量方法实验操作繁琐，存在测量操作时间长，干扰因素多，测量结果误差大的缺点[5-9]。因此，为满足油田生产需求，加大油田采出液水质参数监测力度，提高检测数据的准确性，研究了一种高效且准确的采油污水聚丙烯酰胺含量测试方法，对于油田生产具有重要的作用。本文基于光谱测量法[3,10-11]，研究了含聚丙烯酰胺水溶液非常温下透射光谱，获得了聚丙烯酰胺水溶液在20～60 ℃时的紫外光波段透射光谱和近红外波段透射光谱。

1 实验方法

1.1 恒温实验装置搭建

根据油田生产现场采出液污废水温度特性，研究温度对聚丙烯酰胺溶液光谱特性的影响[12-15]。结合IRTracer100傅里叶变换红外光谱仪和TU-1901/1900双光束紫外可见分光光度计不具备加热功能，进行了恒温实验装置的设计和搭建，进而完成聚丙烯酰胺水溶液光谱特性的测量。

实验器材：电源(24 V，5 A)1个，电源(5 V，60 A)2个，温控仪1个(型号XMTG-5211K AC220 V)，继电器1个，恒温箱1个，温度巡检仪1个以及导线若干。非常温光谱实验装置的原理如图1所示。

图1 非常温光谱测量实验装置原理图

1.2 实验仪器及药品

(1) 实验仪器。IRTracer100傅里叶变换红外光谱仪；TU-1901/1900双光束紫外可见分光光度计；HJ-5型多功能搅拌器；电子天平(精度为0.000 1)；0.05 mm厚垫片；ZnSe窗片(厚度为2 mm)；10 mm光程石英比色皿；非常温光谱测量实验装置。

(2) 实验药品。工业级聚丙烯酰胺，蒸馏水(实验室自制)。

2 实验结果和分析

配制浓度为1 g/L的聚丙烯酰胺母液，熟化24 h后，分别取母液稀释成10～1 000 mg/L浓度的聚丙烯酰胺溶液。利用非常温光谱测量实验装置分别测量各浓度聚丙烯酰胺溶液红外透射光谱和紫外透射光谱。

2.1 红外波段实验结果

如图2所示，温度对不同浓度聚丙烯酰胺溶液透射光谱有很大的影响。随着温度的升高，聚丙烯酰胺溶液的透光率在不断增大。在20～60 ℃范围内，聚丙烯酰胺溶液透射光谱图波峰没有产生明显变化，说明温度对聚丙烯酰胺溶液本身结构没有产生影响，没有新键生成。当温度升高至40 ℃以上时，由于加热使光学腔内聚丙烯酰胺溶液蒸发，聚丙烯酰胺溶液中出现小气泡，当气泡处于ZnSe窗片中心位置时，阻碍光的传播，致使波峰处光谱出现锯齿形状现象。

(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

图2 不同浓度聚丙烯酰胺溶液不同温度红外透射光谱

2.2 紫外波段实验结果

由图3可知，温度对不同浓度聚丙烯酰胺溶液紫外透射光谱影响较小，在波长200～760 nm范围内，聚丙烯酰胺溶液的透光率随温度变化很小；在波长760～900 nm范围内，不同浓度聚丙烯酰胺溶液透光率随温度变化不一，但整体透光度随温度变化趋势一致，均为随温度的升高，透光率不断增大。

(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

图3 不同浓度聚丙烯酰胺溶液不同温度紫外透射光谱

3 结 语

利用所搭建的恒温控制实验装置结合双光束紫外可见分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪，测量了聚丙烯酰胺溶液在20～60 ℃时的红外透射光谱和紫外可见光波段透射光谱。研究表明，聚丙烯酰胺水溶液的紫外波段和可见光波段透射光谱受温度影响较小，而近红外波段透射光谱受温度影响较大。

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