CN111362351B - 一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置及方法，分离装置包括进液腔、出水腔和出油腔；进液腔上端设有进液口，进液腔和出水腔之间连接有亲水金属网，出水腔另一端设有出水口；进液腔和出油腔之间连接有疏水金属网，出油腔另一端设有出油口；油水分离的方法是，将油水混合物从进液口倒入进液腔，水相通过亲水金属网，经出水口流出，油相通过疏水金属网，经出油口流出。本发明利用相反润湿性的膜材料，借助装置实现油水可持续、高效、稳定分离，具有可操作性和可行性。

Description

一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置及方法

技术领域

本发明涉及油水分离技术领域，具体涉及一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置及分离方法。

背景技术

石油开采、机械制造、运输和食品加工等工业常年产生大量含油废水，且含油废水处理不达标便排放进入水体，严重破坏了生态环境。油水处理方法例如重力法、气浮法、吸附法和生物降解法及其他传统方法具有能耗大、耗时长、处理量低、分离效果差等缺点。因此，低能耗、快速、高效、连续的含油废水处理方法备受研究者的关注。

膜分离方法近年来备受瞩目。基于分离膜对水的润湿性差异，分离膜分为亲水膜和疏水膜。油水混合物在接触亲水膜后，水相会通过膜而油相被阻截；相反，油水混合物在接触疏水膜后，油相会通过膜而水相被阻截。因此，油水混合液在接触分离膜后会选择性地透过，实现油水分离。然而，当这些分离膜单独作用时，由于被阻截的液相无法及时排出，在分离装置中持续积累，使得分离过程无法连续进行。例如文献ACS Appl. Mater.Interfaces 2019, 11, 14347报道了一种超亲水金属网，将该亲水网搭载在简易的油水分离装置中，间歇性分离油水混合物，分离能力有限，无法连续性操作。CN110639235A公开了一种油水分离装置，较好地连续分离油水，但该装置石英滤层易被污染，且填料不均将造成油水分离效率降低。如上所述，连续的油水分离过程需要配合高效的分离膜和相应的分离装置，实现可持续、高效、稳定的油水分离过程。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，提供一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置和分离方法，实现油水可持续、高效、稳定分离。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置，特点是该装置包括进液腔、出水腔、出油腔及支撑架，所述进液腔为倒T形，水平两端分别通过法兰连接出水腔和出油腔后设置于支撑架上；进液腔上端设有进液口，进液腔和出水腔之间设有亲水金属网，出水腔另一端设有出水口，出水口处设有出水控制阀；进液腔和出油腔之间设有疏水金属网，出油腔另一端设有出油口，出油口处设有出油控制阀；其中：

所述的疏水金属网是通过离子液体在紫外光照射下聚合形成聚离子液体负载在金属网上制备而得，具体制备包括：

步骤1：将金属网依次用丙酮、去离子水清洗，干燥后备用；

步骤2：将步骤1金属网浸渍在聚合单体溶液中，充分润湿后进行紫外光聚合，聚合形成的聚离子液体负载在金属网上；

步骤3：将步骤2的金属网依次用丙酮、去离子水清洗，干燥，得到所述疏水金属网；其中：

步骤1所述金属网为至少含有铁铬镍铜铝元素之一的二维或三维结构的金属编织网或金属烧结毡，网孔为20至200微米；

步骤2所述聚合单体溶液包括离子液体单体、交联剂、光引发剂和溶剂；其中，离子液体单体与交联剂的摩尔比为1∶0.05-2，光引发剂用量为离子液体单体和交联剂总质量的1-10 wt%，溶剂的质量为离子液体单体和交联剂总质量的0.1-10倍；

所述紫外光聚合为在波长365纳米的紫外光照射下进行自由基聚合，聚合时间为1-120分钟。

所述离子液体由阴阳离子构成，其阳离子为季铵盐类、季鏻盐类、咪唑鎓类和吡咯盐类的至少一种；阴离子为六氟磷酸根、四氟硼酸根和双（三氟甲基磺酰亚胺）离子的至少一种；所述阳离子含有碳碳双键，且取代基为丁基、己基、辛基和长链取代基的至少一种。

所述交联剂为二乙烯苯。

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

所述溶剂为1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐和N-N-二甲基甲酰胺的至少一种。

所述疏水金属网在空气中对水的接触角为120-150°，表面的聚离子液体层厚度为1-10微米。

一种采用上述装置实施油水分离的方法，该方法包括：将油水混合物从进液口倒入进液腔，水相通过亲水金属网，经出水口流出，油相被亲水金属网阻截；油相通过疏水金属网，经出油口流出，水相被疏水金属网阻截。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明使用的亲水金属网和疏水金属网具有高的机械强度、不易变形，抗污能力强，可重复使用，通量大，分离效率高，可实现油水快速分离，不涉及膜难清洗、易变形、堵塞等问题。

（2）本发明所提供的油水分离装置，同时搭载亲水金属网和疏水金属网，可连续分离油水混合物，是一种简单高效、易操作、易于规模化的装置，对许多油水分离膜具有通用性和适用性。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述油水分离装置实物照片图；

图3为本发明实施例所述油水分离装置的分离效果数据图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行介绍。

实施例

参阅图1，本实施例的油水分离装置包括进液腔1，所述进液腔1连接出水腔2和出油腔3；进液腔1上端设有进液口11，进液腔1和出水腔2之间连接有亲水金属网21，出水腔2另一端设有出水口22，由阀门23控制流量；进液腔1和出油腔3之间连接有疏水金属网31，出油腔3另一端设有出油口32，由阀门33控制流量；所述油水分离装置底部固定有支撑架4。

所述疏水金属网31是这样制得的：

步骤1：剪取直径为5厘米、网孔为100微米的金属烧结毡，放入烧杯，加入10毫升丙酮超声清洗20分钟，取出金属烧结毡，用去离子水反复冲洗，然后放入烧杯，加10毫升去离子水超声清洗20分钟后，取出放入烘箱，60℃下烘干备用；

步骤2：在烧杯中加入2.82g的离子液体单体1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐、0.26g交联剂二乙烯苯和0.15g光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入1.38g溶剂1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，超声溶解20分钟，得到混合均匀的聚合单体溶液；

步骤3：将烘干备用的金属烧结毡浸渍在步骤2中配制好的聚合单体溶液中，超声20分钟，使金属烧结毡完全润湿；

步骤4：将完全润湿的金属烧结毡取出，水平放置在玻璃板上，将金属烧结毡放置在365纳米的紫外光照下，聚合60分钟；

步骤5：聚合完成后，将金属烧结毡用10毫升丙酮和10毫升去离子水分别超声清洗20分钟，放入烘箱，60℃下烘干，得到负载聚离子液体的疏水金属网。

本实施例中，进一步参阅图2，打开阀门23和阀门33，往进液腔1中倒入体积比为1:1的油水混合液，水通过亲水金属网21进入出水腔2，由出水口22流出；油通过疏水金属网31进入出油腔3，由出油口32流出，实现连续油水分离。参阅图3，该油水分离装置对石油醚/水、异辛烷/水、柴油/水和正十二烷/水均能有效分离，分离效率达99.7%以上。

所述亲水金属网21呈圆形，直径为5厘米。

所述疏水金属网31呈圆形，直径为5厘米。

Claims (2)

1.一种基于亲水金属网和疏水金属网的油水分离装置，其特征在于，该装置包括进液腔、出水腔、出油腔及支撑架，所述进液腔为倒T形，水平两端分别通过法兰连接出水腔和出油腔后设置于支撑架上；进液腔上端设有进液口；进液腔和出水腔之间设有亲水金属网，出水腔另一端设有出水口，出水口处设有出水控制阀；进液腔和出油腔之间设有疏水金属网，出油腔另一端设有出油口，出油口处设有出油控制阀；其中：

所述的疏水金属网是通过离子液体在紫外光照射下聚合形成聚离子液体负载在金属网上制备而得，具体制备包括：

步骤1：将金属网依次用丙酮、去离子水清洗，干燥后备用；

步骤2：将步骤1金属网浸渍在聚合单体溶液中，充分润湿后进行紫外光聚合，聚合形成的聚离子液体负载在金属网上；

步骤3：将步骤2的金属网依次用丙酮、去离子水清洗，干燥，得到所述疏水金属网；其中：

步骤1所述金属网为至少含有铁铬镍铜铝元素之一的二维或三维结构的金属编织网或金属烧结毡，网孔为20至200微米；

步骤2所述聚合单体溶液包括离子液体单体、交联剂、光引发剂和溶剂；其中，离子液体单体与交联剂的摩尔比为1∶0.05-2，光引发剂用量为离子液体单体和交联剂总质量的1-10wt%，溶剂的质量为离子液体单体和交联剂总质量的0.1-10倍；

所述紫外光聚合为在波长365纳米的紫外光照射下进行自由基聚合，聚合时间为1-120分钟；

所述离子液体由阴阳离子构成，其阳离子为季铵盐类、季鏻盐类、咪唑鎓类和吡咯盐类的至少一种；阴离子为六氟磷酸根、四氟硼酸根和双三氟甲基磺酰亚胺离子的至少一种；所述阳离子含有碳碳双键，且取代基为丁基、己基、辛基和长链取代基的至少一种；

所述交联剂为二乙烯苯；

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；

所述溶剂为1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐和N-N-二甲基甲酰胺的至少一种；

所述疏水金属网在空气中对水的接触角为120-150°，表面的聚离子液体层厚度为1-10微米。

2.一种权利要求1所述装置实施油水分离的方法，其特征在于，该方法包括：将油水混合物从进液口倒入进液腔，水相通过亲水金属网，经出水口流出，油相被亲水金属网阻截；油相通过疏水金属网，经出油口流出，水相被疏水金属网阻截。

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