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高效油水分离技术

编辑:管理员    发布时间:2016/7/7 11:20:18

高效油水分离技术

    本文旨在寻找一种连续、低耗的油水分离方法,即油水混合液经超疏水膜破乳和分离后得到分开的水相和油相。

    实验采用喷涂一烧结的方法制备超疏水膜。即在微米级多孔不锈钢板基底上,喷涂多层不同配比的PP S-PTFE复合涂层,然后高温塑化。超疏水破乳膜的制备需在喷涂之前通过抽吸的方式在不锈钢板孔道附着PPS-PTFE,并进行烧结。实验测得所制备超疏水膜表面对水的静态接触角为153.8°,滚动角约为10°,而对柴油接触角约为0°,故所制备超疏水膜具有超疏水一超亲油特性。通过扫描电镜观察膜表面,发现很多不规则的、分层的微米级的乳突结构,正是这种结构才使表面具有超疏水性能。膜表面孔径为微米级。

    实验将超疏水膜用于浮油与水混合液的分离实验。结果表明分离效果不仅与初始含油量有关,而且还与油水混合液的流速和分离膜面积有关。在三级分离装置的情况下,即分离膜面积一定时,当流速为10L/h时,在一定的初始含油量范围内,分离后水样含油量都小于20g/L;而当初始含油量为5g/L时,在一定的流速内,最后水样中油含量也都小于20mg/L。实验又将超疏水破乳膜用于油水乳化液(不含乳化剂)破乳实验,发现经过两块破乳膜板破乳之后水样中乳化油含量比一块破乳板的乳化油含量低。

    最后,为了模拟工业上的油水分离,又进行组合油水分离实验。将油水混合液搅拌均匀(“水包油”型),通过离心泵输送至破乳和分离装置进行分离。研究发现,随着压力的增加,破乳通量或处理量也随之增加,而最后水样中的油含量先减小后增大。而对于1000mgIL的油水混合液,在70kPa下,分离后最终水样中油含量最小,为31 mg/L此时通量为70L/(㎡·h)

    随着工业社会进程的发展,环境问题越来越受人们的关注。当前工业社会中油水废液更是一大污染物,不仅会带来严重的经济问题,而且对自然和人们的生活环境造成严重污染。而在化工、工业生产、餐饮等很多行业会产生大量的含油废水,从最初的石油开采到消费使用,每个过程都会产生含油废水,这些废液必须处理达标后才能排放。同时油船泄露事故也更加剧了对海洋的污染。在油品运输过程中,对油中水含量也有一定要求。因此油水分离成为一个急需解决的问题。

    对于油水混合液,当水相为连续相,油相为分散相时,油相在水相中有四种不同的存在状态,即游离态、分散态、乳化态和溶解态。而当油相为连续相,水相为分散相时,水相存在状态有游离态、乳化态和溶解态三种。油水分离方法随着油和水之间的存在状态的不同而有所差异。常见油水分离方法有重力分离法、离心分离法、气浮法、膜分离法、化学法等。当然为了取得较好的油水分离效果往往需要将几种分离方法结合起来。

    固体表面润湿性是由表面组成和表面形貌共同决定,一些学者通过构造表面的微纳米结构和低表面能物质修饰来达到超疏水性能。近年来,制备具有超疏水性能的膜来进行油水分离实验受到广泛关注。在超疏水膜油水分离过程中,一定压力下,油相被膜表面吸附透过,而水相因膜的超疏水性不能透过膜。Feng等首次通过喷涂低表面能物质聚四氟乙烯乳液于直径为115μm的不锈钢网上,接着330℃高温塑化制备超疏水表面。该表面对水和油的接触角分别为156°和0°,具有超疏水超亲油性质,水滴很容易滚落,油滴很容易透过。Lu等通过在盐溶液中浸泡低碳钢,然后用低表面能的聚合物进行处理来制备超疏水表面,然后他们在重力作用下用制备的超疏水低碳钢网膜分离浮油,结果表明对油的收集率大于96%。本课题组赵某采用自制实验装置将制备的超疏水膜用于破乳和分离实验,实验测得初始含油量为0.5vvt%时,分离后水样中油含量为8.4mg/L

    在此前研究基础上,本文通过制备超疏水分离膜和超疏水破乳膜进行破乳分离实验,并探索一些影响分离效果的条件。下面是论文中主要内容:

    (1)实验在微米级多孔不锈钢板上通过喷涂高温塑化多层不同配比的PPS-PTFE复合膜,而破乳膜的制备则是在喷涂之前先通过抽吸的方式使不锈钢孔道附着PPS-PTFE然后烧结,制备微米级的超疏水膜用于油水分离和破乳实验。之后用接触角测试仪和扫描电镜对膜表面进行表征。

    (2)将超疏水膜分别用于油水分离(浮油)和油水乳化液(不含乳化剂)的分离和破乳实验中。探索分离和破乳不同工艺条件,对于分离实验,分别研究油水混合液流速、初始油含量和分离膜面积对最后水样中油含量的影响;对于破乳实验,研究通量随时间的变化关系,破乳板数对破乳效果的影响。

    (3)实验模拟工业处理含油废水,将油水混合液先后经过破乳和分离装置,使经过分离装置后的水相和油相直接分开。在初始油含量一定时,探索压力对通量和分离效果的影响。

    本文旨在寻找一种连续、低耗的油水分离方法。超疏水膜制备过程简单,成本低廉,具有良好的性能。并且在油水乳化液破乳成为分散油和浮油后,无需静置等待分层,直接进入分离器内进行连续的油水分离过程。

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