دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
دانشکده شیمی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته شیمی
گرایش پلیمر
عنوان
بررسی عملکرد فرایند انعقاد سازی به هنگام استفاده از ترکیبی از نانو ذرات اکسید روی و پلی سولفات آهن و مقایسه ی آن با پلی آکریل آمید و چند پلی الکترولیت متداول بر روی پساب پایه روغنی خروجی از عملیات حفاری
استاد راهنما
دکتر فرشاد فرهبد
شهریور1393
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
چکیده:……………………………………………………………………………………………………………………………ل
فصل اول……………………………………………………………………………………………………………………….2
مقدمه.:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2
کاهش منابع:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2
بازیافت و استفاده مجدد:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….3
1-1- نفت وحفاری………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6
1-1-1- مروری بر تاریخچه ی استخراج نفت در ایران و جهان……………………………………………………………………………………………. 6
1-1-2- تعریف حفاری………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 8
1-1-3- وسایل و تجهیزات مورد نیاز حفاری………………………………………………………………………………………………….. 9
1-1-4- گل حفاری……………………………………………………………………………………………………………………………. 9
1-1-4-1- وظایف اصلی گل حفاری……………………………………………………………………………………………………………………….. 10
1-1-4-2- طبقه بندی گل های حفاری…………………………………………………………………………………………………………………………………. 11
1-2- محیط زیست………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 15
1-2-1-محیط زیست و انواع آن……………………………………………………………………………………………………………………………………. 15
1-2-2-آلودگی و محیط زیست…………………………………………………………………………………………………………………………………… 16
1-2-2-1-تعریف آلودگی محیط زیست :………………………………………………………………………………………………………………………………. 17
1-2-2-2-انواع آلوده کننده های محیط زیست :………………………………………………………………………………………………………………………. 17
1-2-2-3-خطرات و آسیب های ناشی از آلودگی محیط زیست :……………………………………………………………………………………………… 18
1-2-3-اثرات زیست محیطی پسماندهای حفاری………………………………………………………………………………………………………….. 19
1-2-3-1-تاثیر پساب های ناشی از حفاری بر روی خاک…………………………………………………………………………………………………………. 19
1-2-3-2-تاثیر پساب های ناشی از حفاری در دریا………………………………………………………………………………………………………………….. 20
1-3-تصفیه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 21
1-3-1-بحث کلی و تعریف تصفیه:…………………………………………………………………………………………………………………………………. 21
1-3-2-تصفیه ی آب :………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 21
1-3-2-1-دو منظور اساسی از تصفیه آب…………………………………………………………………………………………………………………………………… 22
1-3-2-2-دلایل اهمیت امر تصفیه ی آب ها……………………………………………………………………………………………………………………………….. 22
1-3-3-تصفیه پساب خروجی ناشی از عملیات حفاری :…………………………………………………………………………………………………… 23
1-3-3-1- سیستم کنترل جامدات…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 24
1-3-3-2- سیستم Zero Discharge……………………………………………………………………………………………………………………………………… 25
1-3-3-3- سیستم تصفیه و بازیافت آب………………………………………………………………………………………………………………………………………. 25
1-3-4- به کارگیری سیستم انعقاد یا لخته سازی (flocculation ) برای تصفیه ی آب………………………………………..26
1-3-4-1- مکانیسم انعقاد…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 27
1-3-4-2- انواع منعقد کننده ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 27
1-3-4-3- عوامل موثر در انعقاد :…………………………………………………………………………………………………………………………………………………29
1-3-4-4- بهینه سازی فرایند انعقاد و لخته سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. 30
1-4- پلیمر……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 31
1-4-1- آشنایی با پلیمر ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 31
1-4-2- کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری…………………………………………………………………………………………………………………. 33
1-4-2-2- تولید سیال پلیمری برای جایگزینی سیال روغنی در صنعت حفاری…………………………………………………………………………………. 33
1-4-2-3- شیرین سازی گازها با غشاهای پلیمری………………………………………………………………………………………………………………………… 34
1-4-2-4- دیگر کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری و پالایش نفت……………………………………………………………………………………………… 34
1-4-3- کارایی پلیمرها در تصفیه و انعقاد سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. 35
1-4-3-1- کاربرد پلی الکترولیت ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 35
1-4-3-2- مکانیسم انعقاد توسط این دسته از پلیمرها……………………………………………………………………………………………………………………. 36
1-4-3-3- انتخاب نوع و مقدار پلی الكترولیت مناسب………………………………………………………………………………………………………………….. 36
1-5- فناوری نانو………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 37
1-5-1- نگاهی کلی بر علم نانو و نانو تکنولوژی………………………………………………………………………………………………………………. 37
1-5-1-1- تاریخچه فناوری نانو…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 37
1-5-1-2- تعریف نانو تکنولوژی و تشریح مفهوم کلی آن……………………………………………………………………………………………………………… 38
1-5-1-3- اصول بنیادی در نانو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
1-5-2- کاریرد فناوری نانو در زمینه حفاری چاه های نفت…………………………………………………………………………………………………………… 40
فصل دوم………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………42
2-1- مروری بر کارهای گذشته:………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 42
فصل سوم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 58
3-1- مواد و روشها: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 58
3-1-1- روش سنتز اکسید روی در ابعاد نانو:…………………………………………………………………………………………………………………… .
3-1-2- سنتز پلی سولفات فریک:………………………………………………………………………………………………………………………………….. .
3-1-2-1- بررسی ساختاری و ریختشناسی(مورفولوژی):……………………………………………………………………………………………………. .
3-1-2-2- طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه:……………………………………………………………………………………………………………….. .
3-1-2-3- روش پراش پرتو ایکس:………………………………………………………………………………………………………………………………… .
3-1-2-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM):…………………………………………………………………………………………………………… .
3-1-3- بررسی قدرت اسیدی(pH) در طی فرآیند کهنگی و آزمون پایداری:………………………………………………………………………. .
3-1-4- پتانسیل زتا:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. .
3-1-5- آزمایشهای مرتبط:……………………………………………………………………………………………………………………………………………. .
3-1-6- روش های تحلیلی:……………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
فصل چهار………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1- نتایج و بحث:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-1- ساختار و ریختشناسی(مورفولوژی):……………………………………………………………………………………………………………………. .
4-1-1-1- تحلیل طیف FTIR:…………………………………………………………………………………………………………………………………….. .
4-1-1-2- الگوهای XRD و تحلیل TEM:………………………………………………………………………………………………………………….. .
4-1-2- خواص ZnOPFS:………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-2-1- پایداری ZnOPS:……………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-2-2- تغییر قدرت اسیدی طی دورهی کهنگی ZnOPFS :………………………………………………………………………………………… .
4-1-2-3- تاثیر pH و نسبت مولی آهن/ روی(Zn/Fe) بر پتانسیل زتا:………………………………………………………………………………. .
4-1-3- عملکرد ZnOPFS در فرآیند انعقاد:………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-3-1- حذف کدورت :…………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-3-2-میزان ته نشینی:……………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
4-1-3-3- حذف SS و COD :……………………………………………………………………………………………………………………………………. .
فصل پنج…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .
5-1- نتیجه گیری:…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. .
فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………….84
فهرست جداول
| عنوان جدول صفحه |
| جدول 3-1. مشخصات اصلی مربوط به تولید آزمایشگاهی پلی سولفات فریک……………………………………………………………. 60 |
| جدول 4-1. پایداری گروه های مختلف ZnOPFS و PFA………………………………………………………………………………………. 69 |
فهرست شکل ها
| عنوان شکل شکل |
| شکل 3-1. تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس 5 میکرومتر………………………………………………………………………. 59 |
| شکل 3-2. تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس 500 نانومتر………………………………………………………………………. 59 |
| شکل 4-1. طیف FTIR نمونه ZnOPFS(N=20) در مقادیر pH اولیه متفاوتpH 3.0) (pH 2.0 ,…………………………………. 65 |
| شکل 4-2. طیف XRD از نمونه ZnOPFS (n=2.0 و pHاولیه =2.0)…………………………………………………………………………. 67 |
| شکل 4-3. عکس TEM در ابعاد میکرو از ZnOPFS………………………………………………………………………………………………… 68 |
| شکل 4-4. تغییرات Ph با گذشت زمان الف) ZnOPFS با مقدار n متفاوت ب)ZnOPFS در Ph اولیه ی متفاوت………… 71 |
| شکل 4-5. الف) تاثیر pH بر پتانسیل زتای نمونه ی ZnOPFS ( ب).تاثیر n بر روی پتانسیل زتای تعلیق دیاتومیت و پساب روغنی بعد از اضافه کردن ZnOPFS……………………………………………………………………………………………………………………………74 |
| شکل 4-6. تاثیر pH اولیه ی نمونه ی ZnOPFS بر روی باقی مانده کدورت پساب روغنی……………………………………………….75 |
| شکل 4-7. تاثیر مقدار منعقد کننده بر باقی مانده ی کدورت پساب های روغنی در pH های متفاوت : الف ) pH=4.5 ; ب) pH=7.0 ; پ) pH=9.5……………………………………………………………………………………………………………………………………………..78 |
| شکل 4-8. . مقایسه ی میزان ته نشینی بین ZnOPFS و پلی آکریل آمید و پلی سولفات سیلیکات روی…………………………….. 80 |
| شکل 4-9. تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف ذرات معلق جامد………………………………………………………………………. 81 |
| شکل 4-10. تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف COD……………………………………………………………………………………….82 |
فهرست علائم اختصاری
| علامت
| معادل انگلیسی | معادل فارسی |
| ζ-potential | Zeta potential | پتانسیل زتا |
| AMWD | Apparent molecular weight distribution | توزیع وزن مولکولی ظاهری |
| AOM | Amorphous organic matter | ماده آلی بی شکل |
| CFM | coagulation/flocculation-microfiltration | منعقدسازی/لخته سازی-میکروفیلتراسیون |
| CFSM | coagulation/flocculation-sedimentation-microfiltration | منعقد سازی/لخته سازی-رسوب گزاری –میکرو فیلتراسیون |
| COD | Chemical oxygen demand | اکسیژن خواهی شیمیایی |
| DMBR | dynamic membrane bioreactor | روش بیوراکتور غشایی فعال |
| DOC | Dissolved organic carbon | کربن آلی محلول |
| DY | Disperse Yellow | زرد پراکنده |
| FI | Flocculation Index | شاخص لختهسازی |
| FT-IR | Fourier transform infrared spectroscopy | تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز |
| HAR | hydrolysis acidification reactor | راکتور اسیدیفیکاسیون آبکافتی |
| HRT | hydraulic retention time | زمان ماند هیدرولیکی |
| IPF | Inorganic polymer coagulant | منعقدکننده ی پلیمری معدنی |
| LA | an organic polymer flocculant | یک پلیمر آلی لختهساز |
| LC50 | lethal concentration 50 | غلظتی که باعث مرگ 50 درصد از جمعیت یک گونه می شود |
| PFA | Poly feeic acid | پلی فریک اسید |
| PFC | Poly ferric chloride | پلی فریک کلرید |
| PFS | Poly Ferric Sulfate | پلی فریک سولفات |
| PHPA | partially-hydrolyzed polyacrylamide | پلی اکریل آمید نیمه هیدرولیز شده |
| PWPF | produced water from polymer flooding | آب تولید شده از جاری شدن سیل پلیمر |
| RB | Reactive Blue | آبی واکنش پذیر |
| SEM | scanning electron microscope | میکروسکوپ الکترونی روبشی |
| TEM | Transmission electron microscopy | میکروسکوپ الکترونی انتقالی |
| XPS | X-ray photoelectron spectroscopy | طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X |
| VEM | Video electron microscopy | ویدئو الکترون میکروسکوپی |
| XRD | X-ray diffraction | پراش اشعه X |
| ZnOPFS | Zinc oxide Poly Ferric Sulfate
| نانوذرات اکسید روی پیوند داده شده به پلی فریک سولفات |
چکیده:
در مقاله حاضر به بررسی و مطالهی نوع جدیدی از مواد منعقدکننده پرداخته شده است و عملکرد فرآیند انعقاد با بهره گرفتن از این نوع منعقدکننده مورد ارزیابی قرار گرفت. این نوع جدید، ترکیبی از نانوذرات اکسید روی و پلی فریک سولفات(ZnOPFS) است. ساختار نانوذرات اکسید روی به وسیلهی روشهای[1]FTIR، [2]XRD و TEM[3] تعیین شد و بر این اساس، مشخص گردید که ZnOPFS، ترکیب پیچیده و مختلطی است که عمدتا از نانوذرات اکسید روی و سولفات فریک تشکیل شده است. اثرات نسبت مولی روی/آهن(Zn/Fe) و (زمان) کهنگی[4] بر pH و پتانسیل زتا[5] نیز با بهره گرفتن از روشی معین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدستآمده نشان داد که در فرآیند بسپارش همزمان[6]، یون روی می تواند مانع از شکل گیری انعقاد پلی فریک اسید[7] و متعاقبا بهبود ثبات ZnOPFS شود. به علاوه، نتایج حاصله نشان داد که ZnOPFS به دلیل داشتن یون روی اضافی، می تواند توان خنثیسازی بارالکتریکی[8] را در فرآیند تعلیق دیاتومیت[9] و فاضلابهای آلوده به مواد روغنی افرایش دهد. علاوه بر این، ZnOPFS از نظر انعقادی کارایی بهتری نسبت به پلیمرهای انعقادی متداول یعنی، پلی آکریل اسید[10] و پلی روی سیلیکات سولفات[11] در فاضلابهای آلوده به مواد روغنی دارد.
فصل اول
مقدمه:
نگرانیها در مورد مسائلی از قبیل کمبود منابع، افزایش آگاهیهای زیستمحیطی و تبدیل شدن دغدغه مسائل زیستمحیطی به یک موضوع همگانی، موجب شده است تا بسیاری از شرکتها و تولیدکنندگان فردی به بررسی کارایی و انطباق زیستمحیطی فرآیندهای صنعتی خود بپردازند. تولید زباله به عنوان یکی از ناقلین مهم آلودگی، مرکز توجه بسیاری از مطالعات و طرحها بوده است. در خصوص پسماندهای مایع از قبیل آبهای آلوده به مواد روغنی، مشکل مضاعف، اتلاف منبعی حیاتی همچون آب و تخلیهی آلایندههای مضر به محیط زیست است که منجر به بهکار گیری روشهای مختلف کمینهسازی[12] آبهای آلوده شده است که عبارتند از:
کاهش منابع[1]:
در واقع، یکیاز راهبردهای کاهش آبهای آلوده با بیشترین تاثیر مستقیم زیستمحیطی، کاهش منابع است، که منظور از این، کاهش میزان آب مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی و بنابراین، کاهش میزان آب تخلیه شده به عنوان پسماند است. این فرآیند عمدتا شامل شناسایی فرایندهایی از قبیل شستوشو، خنکسازی و انحلال ترکیبات شیمیایی است که در آنها آب، عنصر اصلی است و نیز تعیین حداقل میزان آب لازم جهت تکمیل فرآیندهای مذکور است. کاهش جریان پسماندها، در پسماندهای مایع بالقوه مضری همچون آبهای آلوده به مواد روغنی که به دفع[2] و تصفیه[3]ی خاص نیاز دارند، نیز سبب کاهش فضای دفع و یا انرژی تصفیهی مورد نیاز جهت بیخطر سازی پسماندها میگردد. تمیز کردن سطوح با پارچه خشک حتی در کارهای روزمرهای همچون روغنکاری قطعات فلزی، موجب کاهش میزان آب و پسماندهای آلوده به مواد روغنی شده و باعث افزایش طول عمر بسیاری از روانکننده های روغنی میشود.
بازیافت و استفاده مجدد[4]:
راهبرد دوم جهت کاهش آبهای آلوده، بازیافت و استفاده مجدد از پسماندهای مایع مضر است که به فرآیندهای صنعتی این امکان را میدهد تا میزان آب سالم و پاکیزه مورد استفاده را به حداقل رسانده و به دنبال آن میزان آب آلودهی حاصله را کاهش دهند. برای مثال، لازم نیست که آب مورد نیاز جهت خنکسازی قطعات ماشین کاملا پاکیزه باشد تا کارکرد بهتر و موثرتری داشته باشد. بنابراین، استفاده از آب نسبتا آلوده جهت اهداف مختلف موجب کاهش کلی مصرف آب و تولید پسماند میشود و حتی در فرآیندهایی با مقیاس کوچکتر، برای تمیزکردن سطوح متعدد، استفاده از یک سطل آب به جای بازگذاشتن آب(آب جاری)، مصرف آب و حجم آب آلوده به مواد روغنی ایجادشده را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
تصفیه[5]:
کانال اصلی هدایت آلایندهها(روش تصفیه End-of-pipe)[6] یکی دیگر از راهبردهای مهم کاهش پسماندهای سیال صنعتی مانند آبهای آلوده به مواد روغنی است. با توجه به نوع روغنهای محلول در آب میتوان از فرآیندهای پالایشی[7] و شیمیایی مختلفی به منظور پاککردن همه یا بیشتر روغنهای معلق در پسماندها استفاده کرد و در همن راستا میتوان جریان آب پاکیزهای که برای محیطزیست خطر کمتری دارد و برای دیگر فرآیندها نیز قابل استفاده مجدد است را ایجاد نمود. حتی در مکانهای خانگی، عبور آب آلوده از فیلتر شنی[8] و یا حتی سطل شنی حفرهدار حاوی مقداری شنوماسه می تواند به طور قابل توجهی آب را پاکیزه کرده و آب آلوده را به یک منبع پاکیزه و قابل استفاده تبدیل کند.
تعداد صفحه : 105
قیمت :14700 تومان
