专利名称：水处理方法
技术领域：
本发明有关一种水处理方法，例如，去除水中的有机物的方法。
背景技术：
过去石油开采通常通过钻井后从井中抽出油水混合物进行。然而，这种方法对于高粘度或重油来说效果不好。增强采油法采用热法来协助重油的开采。蒸汽辅助重力泄油是增强采油法的一个示例并且涉及蒸汽的注入。一般情况下，开采一吨重油需要用几吨蒸汽。蒸汽加热地下的油以降低油的粘度并使油流至一个收集井。蒸汽与油混合形成油水混合物。将油水混合物抽出地面,分离完油后产生大量采油废水。 无论是从经济还是环境的角度考量，采油废水排放和/或重复利用前都最好先经过处理。美国专利第7597144号提及用陶瓷膜等处理采油废水。美国专利第7718069号与用热石灰软化器、微滤器和反渗透系统等处理采油废水相关。美国专利第7815804号揭示用化学软化、多媒体过滤、离子交换软化、过滤筒和反渗透等方法处理采油废水。用总有机碳含量表征的或者使水呈深褐油色的有机物存在于采油废水中，并且需要去除/减少。因此，需要一种新的水处理方法来去除/减少水中的有机物。
发明内容
本发明涉及一种新的水处理方法，其包括将含有第一浓度有机物的水与介孔氧化铝颗粒接触以获得含有比第一浓度低的第二浓度有机物的处理水，以及分离处理水和介孔氧化铝颗粒，其中介孔氧化铝颗粒的BET比表面积为约200m2/g到约600m2/g，孔容积为约O. lcm3/g 到约 I. OcmVgo
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中图I所示为来自一个蒸汽辅助重力泄油厂的未经处理的采油废水蒸发后固体残留物的13C核磁共振频谱。图2所示为图I中13C核磁共振频谱的部分与例3中不同量的活性炭处理后的采油废水蒸发后固体残留物的13C核磁共振频谱的对比。图3所示为图I中13C核磁共振频谱的部分与例3中不同量的含钥介孔氧化铝处理后的采油废水蒸发后固体残留物的13C核磁共振频谱的对比。图4所示为图I中13C核磁共振频谱的部分与图2中AC-I线和图3中MAL-2线的对比。
具体实施例方式说明书和权利要求中的近似用语用来修饰质量，表示本发明并不限定于该具体质量，还包括与该质量接近的不会导致相关基本功能的改变的可接受的修正部分。相应的，用“大约”或“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中所提及的数值范围包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值,此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的质量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I到90，20到80，或者30到70，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于I的数值，O. 0001,0. 001，O. 01或者O. I被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
本发明涉及一种水处理方法，其包括将含有第一浓度有机物的水与介孔氧化铝颗粒接触以获得含有比第一浓度低的第二浓度有机物的处理水，以及分离处理水和介孔氧化铝颗粒，其中介孔氧化铝颗粒的BET比表面积为约200m2/g到约600m2/g，孔容积为约O. lcm3/g 到约 I. OcmVgo本发明涉及的水处理方法可用于去除水中的有机物(或者也可称作含碳物质)。被处理的水可以为来自如蒸汽辅助重力泄油或者其他增强采油过程的采油废水，或者任何含有需要去除的有机物或者含碳物质的废水或天然水。总有机碳含量是指有机物含碳量，为本发明中用于表示水质的一个非特定参数，表征水中有机物或含碳物质的浓度。被处理的水的总有机碳含量可以为至少约400ppm，或至少约200ppm,或至少约150ppm。处理后,水中的总有机碳含量可以减少至低于约IOppm,或低于原数值的约一半，或者低于原数值的约百分之80。本发明中涉及的介孔氧化铝的BET比表面积为约200m2/g到600m2/g，孔容积为约O. IcmVg到约I. OcmVgo BET比表面积指的是用BET比表面积法确定的表面积。在一些特定的实施例中，介孔氧化铝的BET比表面积为约300m2/g到550m2/g，且/或孔容积为约O. 25cm3/g到约O. 75cm3/g。在一些实施例中，孔容积为约O. 4cm3/g到约O. 9cm3/g。介孔氧化铝有平均孔径为约2nm到约lOOnm，或者约2nm到约50nm的孔。介孔氧化铝的颗粒尺寸可为小于约100微米。一些实施例中，颗粒尺寸为约I微米到10微米。孔径可为约2nm到约IOOnm,约2nm到20nm,或约2nm到约10nm。颗粒尺寸为较窄的单峰分布，多分散性指数小于I. 5,小于I. 3或小于I. I。直径大小的分布可以为双峰或多峰。本发明涉及的介孔氧化铝颗粒可通过将铝醇盐在模板剂存在的情况下反应而获得。国际专利第WO 2009/134558号和第WO 2009/038855号描述了介孔氧化铝的制备方法。可用的模板剂包括但不限于非离子性表面活性剂、环式糊精和冠醚。具体而言，模板剂可为聚乙二醇表面活性剂，如聚乙二醇苯基醚，更具体而言为可通过商业渠道购得的TRITONX-114 ，聚乙二醇单辛基苯基醚。如乙酰乙酸乙酯之类的改性剂也可用于反应中。铝醇盐的一个示例为仲丁醇铝。介孔氧化铝可含有占其总重量高达约10%的钥。钥含量可为约百分之O. 05重量百分比至约百分之10重量百分比，约百分之O. I重量百分比至约百分之5重量百分比，或约百分之O. I至百分之2重量百分比。一些实施例中，钥含量为小于约百分之O. I重量百分比。含钥介孔氧化铝可在铝醇盐反应时将含钥化合物加入反应混合物中制备。例如双(乙酰内酮)二氧化钥或钥酸铵等为可以使用的含钥化合物。在一些实施例中，本发明所涉及的方法还包括将水与含碳基吸附剂的颗粒接触。这些碳基吸附剂颗粒可以为活性炭颗粒、炭黑颗粒、石墨颗粒、富勒烯颗粒、碳纳米管颗粒等。当介孔氧化铝颗粒和活性炭颗粒都被使用时，介孔氧化铝颗粒和活性炭颗粒添加的先后顺序可不同也可以混合物形式一起加入。本发明中涉及的活性炭的BET比表面积为约200m2/g到1000m2/g，孔容积为约O. IcmVg到约I. 0cm3/g。BET比表面积指的是用BET比表面积法确定的表面积。在一些特定的实施例中，活性炭的BET比表面积为约300m2/g到950m2/g，且/或孔容积为约O. 25cm3/ g到约O. 75cm3/g。在一些实施例中，孔容积为约O. 4cm3/g到约O. 6cm3/g。活性炭有平均孔径为约2nm到约IOOnm,或者约2nm到约50nm的孔。活性炭的颗粒尺寸可为小于约100微米。一些实施例中，颗粒尺寸为约I微米到10微米。孔径可为约2nm到约IOOnm,约2nm到20nm,或约2nm到约10nm。颗粒尺寸为较窄的单峰分布，多分散性指数为小于I. 5，小于I. 3或小于I. I。直径大小的分布可以为双峰或多峰。本发明涉及的水处理方法可在pH值为约5到约9的范围进行。水的温度可为从约5°C至低于约100°C的范围。一些实施例中，水温为约25°C或约80°C。一些实施例中，水是通过流过装有颗粒的柱子与颗粒接触。水中有饱和(或非极性)和不饱和(或极性)有机物或含碳物质。饱和(或非极性)有机物包括线性和支链烃。不饱和(或极性)有机物包括烯烃和含芳香族材料。实验中意外地发现，当添加少量的介孔氧化铝颗粒时，水中的芳香和极性有机物(其中一些使水具有颜色)被优先去除。而当加入少量的活性炭颗粒时，水中的非极性有机物被优先去除。因此，通过去除水中的有机物而获得无色的水所需要的介孔氧化铝颗粒的量比所需要的活性炭颗粒的量小。同时，介孔氧化铝颗粒在降低总有机碳含量方面也比活性炭颗粒的效率更高，从而，当为了去除水中有机物以获得一定数值的总有机碳含量的水时，采用介孔氧化铝颗粒与活性炭颗粒的混合物可以减少所需物料的总质量。在一些实施例中，本发明涉及的水处理方法还包括在与颗粒接触之前或之后用其他水处理方法对水进行处理。示例以下实验示例可以为本领域中具有一般技能的人实施该发明提供参考。但是，这些例子并不用于限制权利要求的范围。例IA向一个配有机械搅拌器和水冷式冷凝器的12升3颈烧瓶加入乙酰乙酸乙酯(26. 43克，O. 203摩尔)，曲拉通X-114 (136. 76克)和异丙醇(600毫升)。仲丁醇铝(501. 39克，2. 04摩尔)和2升异丙醇加入搅拌中的烧瓶。30分钟后，以8毫升/分的速度加入水(74毫升，4. Ilmol)和异丙醇(I升)的溶液。然后加热回流24小时。浆料过滤后，固体在索氏提取器用乙醇提取，然后在100°C真空炉中干燥24小时。固体再在氮气中550V热解后在空气中550°C煅烧以获得介孔氧化铝固体。
权利要求
1.一种水处理方法，其包括将含有第一浓度有机物的水与介孔氧化铝颗粒接触以获得含有比第一浓度低的第二浓度有机物的处理水，以及分离处理水和介孔氧化铝颗粒，其中介孔氧化铝颗粒的BET比表面积为约200m2/g到约600m2/g，孔容积为约O. IcmVg到约I. OcmVg0
2.如权利要求I所述的水处理方法，其中有机物的第一和第二浓度用总有机碳含量表示，且处理水的颜色比接触介孔氧化铝颗粒前的水的颜色浅。
3.如权利要求I所述的水处理方法，进一步包括将水与BET比表面积为约200m2/g到约1000m2/g,孔容积为约O. IcmVg到约I. Ocm3/g的碳基吸附剂颗粒接触。
4.如权利要求3所述的水处理方法，其中碳基吸附剂为活性炭并且水在接触活性炭前接触介孔氧化铝颗粒。
5.如权利要求3所述的水处理方法，其中碳基吸附剂为活性炭并且水与活性炭和介孔氧化铝颗粒的混合物接触。
6.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中介孔氧化铝颗粒的BET比表面积为约300m2/g到约550m2/g，孔容积为约O. 4cm3/g到约O. 9cm3/g。
7.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中介孔氧化铝颗粒通过将铝醇盐在聚乙二醇苯基醚模板剂存在的情况下反应而获得。
8.如权利要求7所述的水处理方法，其中聚乙二醇苯基醚模板剂为聚乙二醇单辛基苯基醚。
9.如权利要求8所述的水处理方法，进一步包括将铝醇盐在乙酰乙酸乙酯和聚乙二醇单辛基苯基醚模板剂存在的情况下反应。
10.如权利要求9所述的水处理方法，其中铝醇盐为仲丁醇铝。
11.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中介孔氧化铝颗粒含有钥。
12.如权利要求11所述的水处理方法，其中钥占介孔氧化铝颗粒总重量的约百分之O.05到约百分之10。
13.如权利要求11所述的水处理方法，其中钥占介孔氧化铝颗粒总重量的约百分之O.I到约百分之5。
14.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中水穿过装有颗粒的柱子。
15.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中水在约5°C到低于约100°C的温度与颗粒接触。
16.如权利要求I至5中任一项权利要求所述的水处理方法，其中水在约80°C或25°C与颗粒接触。
全文摘要
本发明涉及一种水处理方法，其包括将含有第一浓度有机物的水与介孔氧化铝颗粒接触以获得含有比第一浓度低的第二浓度有机物的处理水，以及分离处理水和介孔氧化铝颗粒，其中介孔氧化铝颗粒的BET比表面积为约200m2/g到约600m2/g，孔容积为约0.1cm3/g到约1.0cm3/g。
文档编号C02F9/02GK102807261SQ20111014865
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者拉里.N.刘易斯, 孙怡文, 威廉.D.理查兹, 托马斯.A.厄尔利, 克里斯多佛.M.伊斯门, 丹妮尔.L.佩特科, 罗伯特.E.科尔伯恩 申请人:通用电气公司