一种Janus结构水凝胶用于压裂返排液脱盐降污的处理方法

一种janus结构水凝胶用于压裂返排液脱盐降污的处理方法
技术领域
1.一种janus结构水凝胶用于压裂返排液脱盐降污的处理方法


背景技术：

2.页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，经济价值巨大，资源前景广阔。我国将 继续加大油气勘探开发，继续保持良好增长势头。我国页岩气开采普遍使用水力压裂技术， 开采过程中不可避免会有大量的压裂液返排至地面，而压裂返排液具有高矿化度、高总溶解 固体量(tds)和高化学耗氧量(cod)等特点，若不妥善处理会对周边环境和生态系统造 成极大危害。而其无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题。而目前返排液的达标外 排技术主要包括蒸汽压缩、离子交换和混凝沉淀，但这些技术均存在高耗能、高碳排放和高 成本特点。
3.针对以上问题，本发明提出了一种基于janus结构水凝胶的光驱动蒸发技术用于页岩气 压裂返排液脱盐降污处理。首先，选用具有janus结构的水凝胶作为核心材料，针对返排液 而设计，兼具脱盐蒸发、催化降解功能。其次，该技术以绿色能源太阳能为驱动力，无需大 型化工设备、无需集中建厂、无高额能耗费用，使得压裂返排液无害化绿色处理，页岩气开 发中的节能减排成为可能。同时，本设计还可推广应用于小型水域的污水处理，具有一定的 综合应用前景。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种janus结构水凝胶用于压裂返排 液脱盐降污处理。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
6.一种janus结构水凝胶用于压裂返排液脱盐降污的处理方法：
7.采用制备的janus结构复合水凝胶置于返排液池表面，下层接触返排液面，并在现场的 返排液收集池建立玻璃房，在太阳能驱动下进行界面光蒸发过程进行返排液的处理，并通过 玻璃房收集蒸发水。其中包括：
8.在返排液现场建立简易的玻璃房，材质为石英玻璃，玻璃房上部倾角设置为108
°
；
9.一种janus结构复合水凝胶的制备方法：具体包括：
10.(1)通过多巴胺在弱碱性范围内聚合得到聚多巴胺，加入纳米tio2，制备聚多巴胺/tio2悬浮液，按照比例将悬浮液与去离子水混合搅拌形成混合液；
11.(2)将假酸浆胶，聚乙烯醇溶于去离子水；
12.(3)将假酸浆胶，聚乙烯醇溶于步骤(1)中的混合液；
13.(4)将步骤(3)中得到的溶液加入交联剂戊二醛、盐酸后注模凝胶2小时后得到水凝胶上 层；
14.(5)将步骤(4)中得到的溶液加入交联剂戊二醛、盐酸后注入步骤(4)制得的凝胶表面，凝 胶2小时后得到janus结构水凝胶；
15.将上述聚合得到的janus复合水凝胶在去离子水中浸泡24h，进行液氮反复冻融10次， 得到内部多孔的复合水凝胶。
16.进一步，所述步骤(1)中聚多巴胺是由多巴胺在ph 7.5-9.5之间聚合24-48h得到；
17.进一步，所述步骤(1)中加入的tio2纳米颗粒与多巴胺质量比例为5:1；
18.进一步，所述步骤(1)中悬浮液与去离子水的比例为1:4；
19.进一步，所述步骤(2)、(3)中假酸浆胶由假酸浆籽通过50-80℃水提法经过冷冻干燥得到；
20.进一步，所述步骤(2)、(3)中假酸浆胶和聚乙烯醇的质量比范围为39:1-41:1；
21.进一步，所述步骤(2)、(3)中聚乙烯醇溶解温度55℃-75℃，溶解时间为1.5h-2h。
22.本发明提供一种用于压裂返排液的处理方法，同时可用于一些小型水域的污水处理。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1)本发明选用了生物质材料假酸浆胶和聚乙烯醇作为水凝胶骨架，形成紧密的网络结构， 假酸浆胶链与聚乙烯醇链相互缠结形成物理交联点，合成壁厚均匀的多孔双网络水凝胶。同 时在上层添加光吸收剂聚多巴胺和光催化材料纳米tio2，使其具有吸光与催化降解功能；而 在下层不添加任何辅料，上下两层协同作用，形成janus结构复合水凝胶；
25.2)现场玻璃房采用“斜屋顶式”设计可实现集光与集水为一体。采用石英玻璃，使太阳 光能透过并集中于janus水凝胶表面。顶部倾角设计为108
°
，可利于太阳光的折射与水蒸气 冷凝收集。在蒸发过程中系统产生的水蒸气遇石英玻璃冷凝并沿“屋顶”流入收集槽内，得 到达标外排水。
26.该技术成本低，无污染，对环境友好，有望在返排液绿色无害化处理的相关领域获得广 泛的应用。同时，本发明还可应用于小型水域的污水处理，具有一定的综合应用前景。
附图说明
27.图1是本发明以实施案例所采用的玻璃房的设计图及蒸发过程示意图；图2是本发明以 实施案例2所制备的janus结构复合水凝胶材料的上层(a)与下层(b)的扫描电镜图。
具体实施方式：
28.实施例一
29.将0.5g多巴胺和0.01g tio2粉末溶解在0.275mol/l的tris-hcl溶液中，用naoh溶 液调节ph至8.5。室温搅拌36h后形成悬浮液；将0.025g假酸浆胶粉45℃溶解在2.5ml 悬浮液与7.5ml去离子水的混合液中。再加入0.975g聚乙烯醇75℃溶解；彻底溶解后加入 125μl戊二醛超声混合均匀后，搅拌加入500μl盐酸溶液。将混合溶液注入制备得到的 上层水凝胶，室温凝胶2h后，去离子水浸泡24h得到水凝胶。将水凝胶经液氮冷冻，30℃ 水浴解冻，反复冻融10次得到具有多孔结构的水凝胶。将水凝胶置于返排液表面，水凝胶与 返排液接触，在太阳能驱动下进行界面光蒸发过程进行返排液的处理，并通过玻璃房收集蒸 发水。
30.实施案例二
31.将0.025g假酸浆胶粉45℃溶解在10ml去离子水的混合液中。再加入0.975g聚乙烯 醇75℃溶解；彻底溶解后加入125μl戊二醛超声混合均匀后，搅拌加入500μl盐酸溶 液。将
混合溶液注模密封，室温凝胶2h形成上层水凝胶；同时，将0.5g多巴胺和0.01g tio2粉末溶解在0.275mol/l的tris-hcl溶液中，用naoh溶液调节ph至8.5。室温搅拌36h 后形成悬浮液；将0.025g假酸浆胶粉45℃溶解在2.5ml悬浮液与7.5ml去离子水的混合 液中。再加入0.975g聚乙烯醇75℃溶解；彻底溶解后加入125μl戊二醛超声混合均匀后， 搅拌加入500μl盐酸溶液。将混合溶液注入制备得到的上层水凝胶，室温凝胶2h后，去 离子水浸泡24h得到janus结构复合水凝胶。将复合水凝胶经液氮冷冻，30℃水浴解冻，反 复冻融10次得到具有多孔结构的janus结构复合水凝胶。将水凝胶置于返排液表面，水凝胶 与返排液接触，在太阳能驱动下进行界面光蒸发过程进行返排液的处理，并通过玻璃房收集 蒸发水。
32.综上，对实施案例中的两种水凝胶进行表征与实验测试，可得实施例2为最佳方案，因 此最佳为实施案例2。
33.上述实施案例仅为本发明的较佳实施例而已，故不能用于限定本发明实施的范围。即依 本发明专利实施案例及说明书内容进行修饰或改变，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。