CN103276707A - 一种浮油收集设备及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮油收集设备及其制备方法和应用，包括以下步骤：a）制备亲油疏水的多孔材料；b）将一根管子的一端插入到步骤a）所得的多孔材料的内部，并将管子的另一端接上泵体的入口处，再将泵体的出口处接上管子，得到浮油收集设备。本发明制备的浮油收集设备能选择性的将水面的浮油连续地抽到收集容器中，并具有良好的抗水性能。具有快速清洁水面浮油并回收浮油的特点。同单纯吸油材料、油水分离膜相比。本发明具有油水分离效率高，浮油回收简单快捷，价格低廉，制备简单，体积小易携带等优点。在原油泄漏、有机化学试剂泄漏、工业含油废水的处理领域有潜在的应用前景。

Description

一种浮油收集设备及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于油水分离技术领域，尤其涉及一种浮油收集设备及其制备方法和应用。

背景技术

原油泄漏、工业含油废水、有机溶剂的泄漏等给自然环境带来了巨大的破坏，然而将水面的浮油清理干净却非常困难。目前处理浮油的传统方法主要有：1）将浮油圈住，缩小浮油面积，增加浮油的厚度，再用泵将油抽到回收容器中。这种方法效率低，处理能力低，受设备数量的限制，并且部分水也会被抽到回收容器中，还需进一步油水分离操作；2）用撇油器收集浮油。这种方法只能处理粘度较大的浮油，并且水面的浮油不能完全清理干净，设备复杂，处理能力非常有限；3）用分散剂将浮油乳化成水溶性小油滴，分散到水中，靠自然降解消除。这种方法需要消耗大量的分散剂，不仅价格昂贵，而且具有相当大的毒性，会威胁的海洋生物的生存；4）采用固化剂将浮油固化，再将固化的油从水面上收集起来，然而让固化剂同浮油均匀的混合非常困难，并且用此方法所得浮油的回收也很复杂；5）通过向浮油区域添加能够分解油的细菌来分解浮油，这种方法会导致严重的富营养化，给水生动植物会带有严重的伤害；6）直接将浮油燃烧掉，这种方法会造成严重的大气污染，并且有可能威胁到水面船只和空中飞行器。

为了解决上述传统技术的缺陷，科学家们试图采用膜技术来分离油水混合物，这种膜的表面疏水亲油或疏油亲水，可以让油（或水）选择性透过，将水（或油）截留从而达到油水分离的效果。例如德国《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition,2004年15期2012页）报道了一种用聚四氟乙烯修饰过的金属网，具有疏水亲油的性质，当油水混合物通过这种膜时，油可以透过去，而水被阻隔，从而起到油水分离的目的。然而油一般是浮在水面上的，油水混合物通过这种膜时，由于水的阻隔，油很难通过该膜。因此这种类型的膜在油水分离操作上有很大的难度。又如德国《先进材料》（Advanced Materials,2011年37期4270页）报道一种水凝胶修饰过的金属网，具有亲水疏油的性质，当油水混合物通过这种膜时，水可以透过去，而油被阻隔，从而起到油水分离的目的。这种膜的性能要优于疏水亲油的膜，因为水的粘度比油小，更容易透过膜，而水在油下面，水很容易透过去并将油留下。但是连续的、大量的分离油水混合物比较困难，特别是在大面积原油泄漏的情况下很难起到作用。虽然有科研人员在《美国化学会应用材料与界面》（ACSAPPLIED Materials&Interfaces，2013年(期和页码还没有出，DOI:org/10.1021/am302338x)）报道了利用疏水亲油膜制备出一种可在水面上收集油的装置。但这种装置处理比较薄的油层时效率很低，在环境复杂的海况下（如大风大浪），这种装置很难保持与水面垂直，并在浪的冲击下，水很有可能透过疏水亲油膜而失去选择性收集油的功能。

目前，利用具有疏水亲油性质的多孔吸油材料去处理原油泄漏普遍被科学家所赞同。将这种多孔材料投放到浮油区域，油会在毛细管力的作用下进入多孔材料的内部，再将这些吸满油的多孔材料打捞上来就可除去浮油。但传统的吸油材料（如聚丙烯纤维、聚氨酯海绵等）的吸油容量（即单位重量的吸油材料所吸油的重量）非常低，只有5～20。为此，最近科学家制备出基于碳材料的超轻气凝胶，可吸附比自身重量重一百多倍的油。例如德国《先进材料》（2013年，15期，2219页）报道了目前世界上最轻的石墨烯气凝胶，能够吸附比自身重量重215-913倍的油（取决于油的密度）。这个比传统的浮油吸附材料要高两个数量级。但是最近的研究过分追求高吸油容量，而忽略了吸油材料的体积。原油泄漏时，运输这些质量轻、体积大的吸油材料并投送到漏油区域也是非常困难的。而且，这类材料价格昂贵，很难大规模制备。尽管这类吸油材料可以通过燃烧、挤压、蒸馏等方式除去所吸附的浮油而再生，但是需要复杂的机械设备，并且操作难度大，回收时间长，成本高，效率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种浮油收集设备的制备方法。本发明的第二目的是提供一种具有从水面上连续收集浮油的浮油收集设备。本发明的第三目的是提供上述浮油收集设备在浮油清洁收集领域的应用。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：

首先，本发明提供了一种浮油收集设备的制备方法，包括以下步骤：

a）制备亲油疏水的多孔材料；

b）将一个管子的一端插入到步骤a）所得的多孔材料的内部，并将管子的另一端接上泵的入口处，再将泵的出口处接上连通至收集容器的管子，得到该浮油收集设备。

优选的是，步骤a）中所述的多孔材料具有表面疏水亲油并且内部亲油的性质或整体疏水亲油的性质。

优选的是，步骤a）中是将具有亲油亲水性质的海绵进行疏水化处理，或将疏水亲油的薄膜包裹亲油材料

优选的，步骤a）中所述的多孔材料的空隙率为30%～99%。

优选的，步骤a）中所述的多孔材料主体部位为聚酯海绵、三聚氰胺海绵、纤维素（木屑、秸秆粉末、棉花、纸、杨絮）、聚丙烯纤维、聚二甲基硅氧烷橡胶、化纤中的至少一种。

优选的，所述疏水化处理的疏水涂层前驱液为油性聚丙烯酸酯溶液、油性聚氨酯溶液、聚二甲基硅氧烷溶液、有机硅溶液、聚四氟乙烯溶液中的至少一种。

优选的，所述疏水化处理的疏水涂层前驱液为有机硅溶液和聚四氟乙烯溶液。

优选的，步骤b）中所述管子为聚四氟乙烯管、丁晴橡胶管、PVC橡胶管等耐油管。

优选的，步骤b）中所述的泵为自吸泵或具有自吸功能的其他设备。

进一步地，本发明还提供了由上述方法制备的浮油收集设备，其具有连续的、可在水面上实现油水分离的、直接将浮油收集回收的功能。与吸油材料处理浮油相比，具有浮油回收速度快，节省吸油材料，易携带，处理面积大，价格低廉，操作简单等特点。

更进一步地，本发明还提供了上述浮油收集设备在清理水面浮油中的应用。所述水面浮油包括汽油、柴油。本发明还提供了上述浮油收集设备在有机溶剂泄漏、工业有机相与水相分离中的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明所提供的浮油收集设备，制备简单，对油选择性高，操作简单，制备成本极其低廉，非常适宜于商业化生产，吸油量不受疏水亲油材料的体积或重量的限制。本发明采用极其廉价海绵（聚酯海绵、三聚氰胺海绵）、纤维素（锯末，废纸，秸秆粉末，棉花、杨絮）、聚丙烯纤维、化纤作为多孔材料的主体部分，再用简单的溶液法，或喷涂的方法，将多孔材料的表面或整体包裹一层疏水涂层得到具有疏水亲油功能性质的多孔材料，变废为宝，价格低廉，吸油能力强，特别是对粘度较大的油也具有很强的吸附能力。再用泵将油从多孔材料内部及时抽到回收容器中，使得多孔材料具有持续吸油的能了，从而达到连续的将浮油从水面上收集到回收容器中。同目前的吸油材料相比，吸油容量不再受限于吸油材料的重量和体积，只要水面有浮油，本发明的设备中的多孔材料即可持续吸收水面浮油，因此节省大量的吸油材料，降低成本，解决了吸油材料运输难、投送难、吸油后收集难的问题。更重要的是，本发明提供的浮油收集设备清理水面浮油的同时也实现了浮油的回收，同通过挤压和蒸馏的方法回收浮油相比，不需要复杂的设备，节省大量的人力和时间。本发明所提供的浮油收集设备，体积小，易携带，可用于海上原油泄漏的处理，有机溶剂泄漏的处理，工业含油废水的处理。也可作为油船、钻井平台的应急设备，一旦发生漏油事故，可本发明所提供的设备可以将油迅速抽回到储存容器中，缓解漏油的速度，延长等待救援的时间。本发明所提供的浮油收集设备的油水分离部件是疏水亲油的多孔材料，只要该多孔材料不完全被水淹没，就不会吸水，而该多孔材料可以依靠自身的浮力浮于水面之上，并且该多孔材料在水面上的姿态不会影响油水分离的性能，因此本发明所提供的浮油收集设备可在相对恶劣（大风大浪）的海况下运行。

附图说明

图1为本发明中浮油收集设备的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的疏水亲油多孔材料的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1提供的疏水亲油多孔材料的力学曲线。

图4为本发明实施例1提供的设备在连续收集水面0.8cm厚柴油时，流量随时间变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及其具体实施方式详细介绍本发明。但本发明的保护方位并不局限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。

本发明公开的一种浮油收集设备，其包括亲油疏水的多孔材料1，管体4的一端插入该多孔材料1的内部，另一端连通泵体2，并通过另一根管体4连通收集容器3。

本发明提供了该浮油收集设备的制备方法，包括以下步骤：

a）制备亲油疏水的多孔材料1；

b）将一个管子4的一端插入到步骤a）所得的多孔材料1的内部，并将管子4的另一端接上泵体2的入口处，再将泵体2的出口处接上另一根管体4，并连通至收集容器3，得到该浮油收集设备。

步骤a）中可以采用本领域所熟知的方法来制备亲油疏水的多孔材料。本发明先制备能从油水混合物种选择性吸油的多孔材料，多孔材料的主体部分可以是聚酯海绵、三聚氰胺海绵、棉花、锯末、纸、秸秆粉末、杨絮、织布、化纤、聚丙烯纤维、多孔聚合物膜中的一种或几种。通过在上述材料的表面上包裹疏水涂层（如聚四氟乙烯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、有机硅等），可使多孔材料具备疏水亲油的性质。该多孔材料同时具有良好的机械性能，在反复挤压下，依然能恢复原貌，并保持良好的疏水亲油性质。用具有弹性的硬质管子（可以弯曲，但在抽的过程中不会收缩变形）插到所制备的疏水亲油多孔材料内部中间部位，并连接到自吸泵，这样在自吸泵吸力的作用下，可以将多孔材料内部所吸的油抽走，使得多孔材料持续保持吸油的能力，而自吸泵的出口管接上管子通到指定收集浮油的储存容器。上述疏水亲油多孔材料、自吸泵和管子所组成的整体即是本发明所提供的浮油收集设备。疏水亲油多孔材料在水面上只吸油而不吸水，所吸的油在自吸泵的吸力下沿管道流向回收浮油所用的储存容器，实现连续收集水面浮油的功能。

首先将多孔海绵浸入到疏水涂层前驱液中，取出后在常温下晾干，再加热烘干得到疏水亲油的多孔材料。或将疏水涂层前驱液喷涂在织布上晾干，在加热烘干得到疏水亲油膜，用该疏水亲油膜将具有吸油能力的材料包裹封装也可得到疏水亲油的多孔材料。按照本发明，所述多孔海绵的空隙率优先为30%～99%，更优选为50%～90%；海绵优选为聚酯海绵或三聚氰胺海绵；所述疏水涂层前驱液优选为油性聚丙烯酸酯溶液、油性聚氨酯溶液、聚二甲基硅氧烷溶液、有机硅溶液、聚四氟乙烯溶液中的至少一种，更优选为有机硅溶液和聚四氟乙烯溶液；所述织布优选为棉布、无纺布、玻纤布、化纤布；所述多孔材料的形状优选为长方形或球形。

得到疏水亲油多孔材料后，将管子插入到该多孔材料的内部中间部分，在将该管子连接到泵的入口端，在用管子连接到该泵的出口端即得到浮油收集设备。按照本发明，管子优选为聚四氟乙烯管、丁晴橡胶管、PVC橡胶管；所述泵优选为自吸泵。

本发明中，管体和多孔材料的连接可以采用胶水等辅助材料，该浮油设备的泵体可以放置在船体中，亦可放置在悬浮在海上的其他设备中，为了防止管体沉入海中或水中，可以在管体上捆绑上辅助其漂浮的物体，比如塑料泡沫等。

本发明的浮油收集设备制备简单，成本低廉，大大减少了吸油材料的使用量，理论上，只要疏水亲油多孔材料保持疏水性，吸油量无限大。并且本发明所提供的浮油收集设备一步完成油水分离和浮油收集，大大简化了浮油回收的时间和成本。使用简单，并可在复杂环境下使用。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的浮油收集设备的制备方法进行详细描述。

以下各实施例中各原料均从市场上购得。

实施例1

将三聚氰胺海绵切成边长为4cm的正方体，在将该海绵样块浸入到疏水气相二氧化硅、聚二甲基硅氧烷预聚体及正己烷分散液中，待海绵样块吸满上述分散液后取出，在常温下晾干，再在200°C下固化2小时得到疏水亲油的多孔材料。

对上述疏水亲油多孔材料进行场发射扫描电子显微镜观察，结果参见图2，由图2可知，本发明所采用的疏水亲油多孔材料的孔径在50～200μm之间，空隙率约80%。对上述疏水亲油多孔材料进行接触角测试，本发明所采用的疏水亲油多孔材料表面同水滴之间的接触角约140°。对本发明所采用的疏水亲油多孔材料进行力学测试，结果参见图3，其具有良好的弹性，进过1000次压缩之后，仍然能恢复原状，而且保持良好的疏水性。

取一根聚四氟乙烯管子（内径3mm,外径4mm），将其一端插入到上述多孔材料的内部中间部分，另一端连接到自吸泵进口处（额定功率12W）,再用另一根同类型的管子到自吸泵的出口处，即得到浮油收集设备。对上述浮油收集设备进行吸油测试，结果参见图4，由图4可知，本发明所提供的浮油收集设备对水面上浮油（柴油，油层厚度为0.8cm）收集速度为26kg/h，并且收集速度在12小时之后也没有明显降低，说明可以长期使用。

实施例2

取一块普通棉布（20cm×20cm），用喷涂的方法将聚氨酯溶液（聚氨酯预聚体及其固化剂的正己烷溶液）喷到棉布表面，然后在空气晾干，再80度下加热固化12小时，得到疏水棉布。对上述疏水棉布进行接触角测试，其表面同水滴之间的接触角约150°，具有超疏水性质。

将上述疏水棉布剪切成小块，加工成包囊并在其内部填充棉花（约4克）（类似于枕头）得到体积约为64cm³的多孔材料，空隙率约70%。

取一根聚四氟乙烯管子（内径3mm,外径4mm），将其一端插入到上述多孔材料的内部中间部分，另一端连接到自吸泵进口处（额定功率12W）,再用另一根同类型的管子到自吸泵的出口处，即得到浮油收集设备。对上述浮油收集设备进行吸油测试，其对水面上浮油（汽油，油层厚度为0.8cm）收集速度为50kg/h，并且收集速度在12小时之后也没有明显降低，说明可以长期使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种浮油收集设备的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a）制备亲油疏水的多孔材料；

b）将一根管子的一端插入到步骤a）所得的多孔材料的内部，并将管子的另一端接上泵的入口处，再将泵的出口处接上连通至收集容器的管子，得到该浮油收集设备。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述的多孔材料具有表面疏水亲油并且内部亲油的性质，或整体疏水亲油的性质。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述的多孔材料是将具有亲油亲水性质的海绵进行疏水化处理，或将疏水亲油的薄膜包裹亲油材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述多孔材料的主体部分为聚酯海绵、三聚氰胺海绵、纤维素、聚丙烯纤维、聚二甲基硅氧烷橡胶、化纤中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述纤维素为锯末、废纸、秸秆粉末、棉花、杨絮中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述疏水化处理中的疏水涂层前驱液为油性聚丙烯酸酯溶液、油性聚氨酯溶液、聚二甲基硅氧烷溶液、有机硅溶液、聚四氟乙烯溶液中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述疏水化处理的疏水涂层前驱液为有机硅溶液和聚四氟乙烯溶液。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a）中所述的多孔材料的空隙率为30%～99%。

9.权利要求1～7任意一项所述方法制备的浮油收集设备。

10.权利要求8所述的浮油收集设备在原油泄漏、有机溶剂泄漏、工业有机相与水相分离中的应用。

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