CN106110708A - 一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，是由超疏水超亲油过滤网、一级过滤筒、二级过滤筒、出油筒、端盖、支座等组成；它们相互之间的关系是：过滤网贴合在一级、二级过滤筒内壁构成主要过滤组件；一级、二级过滤筒，出油筒通过端盖保持同轴位置，并通过支架与底座支撑，与底座平面形成5‑10°的夹角；本发明可以使用多种材质作为基材，具有广泛适用性；对金属材质的过滤网进行表面织构，提高了疏水膜的附着力；过滤网不使用含氟材料，环境友好，无需加热固化，工艺简单，成本低；过滤系统可以进行连续油水分离，分离效率高，效果好。

Description

一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置
技术领域
本发明提供一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，它涉及功能材料、机械制造领域，更确切的说是一种通过超疏水超亲油过滤网实现油水连续分离的新型分离装置，能够有效解决油水分离效率低，制备成本高等问题，属于油水分离技术领域。
背景技术
近年来随着海上石油运输以及开采量的日益增大，油污染水的事件频繁发生，对海洋生态造成极大破坏；除此之外，食品、机械、皮革等企业也会在生产过程中产生大量含油废水，如果未经过滤处理直接排放，将严重威胁我们赖以生存的水环境，破坏水域生态平衡，并对人类的身体健康造成危害。因此如何使用一种简单有效的方法进行油水分离已成为亟待解决的问题。
超疏水超亲油滤网由于其特殊的表面润湿性能，可以使油通过滤网而将水阻隔在滤网之上从而实现油水分离。关于这种超疏水滤网以及油水分离器已被广泛的研究开发，中国专利CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A等公开了具有超疏水、超亲油功能的油水分离网或者网膜，但在滤网制备上存在工艺复杂、使用价格高且环境不友好的含氟材料、需要高温固化等问题。最近，专利CN104958931A公开的网膜制备方法虽然使用无氟材料、工艺相对简单，较之前方法有所改进，但依然存在表面涂覆材料与基底结合度差，耐久性不高等缺点。专利CN102350094A公开的油水分离器件只能实现单次分离，每次分离后必须分别打开导液口排出油和水才能进行下次分离，分离效率低。因此，如何简化工艺、降低成本、实现稳定、高效的油水分离是该领域的发展方向。
发明内容
1、目的：本发明针对现有问题，设计一种利用超疏水超亲油过滤网进行油水分离的新型连续油水分离装置，能够有效解决过滤网制备工艺繁琐、成本高，机械式油水分离器结构复杂、效果差的问题。
2、技术方案：
本发明一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，是由超疏水超亲油过滤网、一级过滤筒、二级过滤筒、出油筒、端盖、支座等组成。它们相互之间的关系是：过滤网贴合在一级、二级过滤筒内壁构成主要过滤组件；一级、二级过滤筒，出油筒通过端盖保持同轴位置，并通过支架与底座支撑，与底座平面形成5-10°的夹角。
所述的一级过滤筒、二级过滤筒和出油筒可选用三根不同管径的管材加工，管材如不锈钢管、塑料管、亚克力管、合金管、复合管等；根据过滤需求截取三段15cm-100cm的相同长度不同管径的管材，按外径由小到大分为一级、二级过滤筒和出油筒，它们的外径大小分别为：40mm，60mm，80mm。两过滤筒在筒壁开槽，出油筒筒壁打孔，将过滤网卷成筒状置于两过滤筒内并用卡簧进行固定。
所述端盖使用钢材、铝合金或者尼龙等材质的板材按照滤筒管径加工，端盖加工有环形槽、进油口、出水口、中心孔，两个过滤筒和出油筒放置在环形槽内，利用不锈钢牙条和螺母从两端盖中心孔将其轴向固定，过滤筒的开槽、出油口、出水口均位于下侧。
本发明所述的过滤网基材可以选用不锈钢、紫铜、黄铜、合金等金属材质或者涤纶织物等纤维材质，孔径大小为50μm-100μm，孔型可以为方孔、圆孔、六边形孔等，孔径大小的选择与要分离油的黏度有关，黏度越大所需孔径越大。
对于金属材质过滤网可先将过滤网放置在适量丙酮中超声振荡5-10min，清洗灰尘油污。然后放置在浓度为20-60g/L NaOH和20-50g/L Na2CO3混合溶液中超声震荡10-15min进行碱洗，之后用去离子水冲洗干净碱溶液，并放于浓度为50-150mL/L的盐酸溶液中超声震荡2min完成酸洗，干燥后放于对应刻蚀液中刻蚀，并配制压敏胶-二氧化硅-丙酮分散液。将干燥好的丝网浸泡于上述分散液中，2分钟后取出，展开干燥待用。
对于所述的分散液中丙酮仅作稀释用，用来调节所需要的稀释度。
可以适当加长超声震荡时间，以提高胶-硅粒的附着量。
所用二氧化硅的质量分数可以少量提高，以增强疏水效果。
金属材质过滤网为提高基材与疏水固化膜结合度，除化学刻蚀外还可以通过电化学腐蚀、等离子体刻蚀、喷砂等方式在表面构筑微纳米结构，然后采用浸涂或喷涂的方法在上面包覆微米厚度的复合物固化膜以实现其润湿性能。涤纶织物等纤维材质过滤网可以经过清洗干燥后直接涂覆固化膜。
实现油水分离的过程为油水混合物经进油口进入，大部分水直接通过过滤网表面由一级过滤筒的出水口流出，少量水以及油通过一级滤网进行二次过滤。最终油由出油筒上的出油口流出，而分离出的少量水通过二级过滤筒出水口流出。
3、优点及功效：本发明可以使用多种材质作为基材，具有广泛适用性；对金属材质的过滤网进行表面织构，提高了疏水膜的附着力；过滤网不使用含氟材料，环境友好，无需加热固化，工艺简单，成本低；过滤系统可以进行连续油水分离，分离效率高，效果好。
附图说明
图1：是本发明第一实施例图。
图2：是本发明一级过滤筒结构图。
图3：是本发明二级过滤筒结构图。
图4：是本发明油水分离装置的剖面图。
图中元件符号说明如下：
1……第一实施例油水分离器 11……第一实施例一级过滤筒
111……第一实施例一级过滤筒筒壁 112……第一实施例一级过滤筒滤网
12……第一实施例二级过滤筒 121……第一实施例二级过滤筒筒壁
122……第一实施例二级过滤筒滤网 13……第一实施例出油筒
14……第一实施例前端盖 15……第一实施例后端盖
16……第一实施例油水混合物进口 17……第一实施例出油筒支架
18……第一实施例底座
具体实施方式
第一实施例(1，图1)为油水分离装置，如图1所示，装置由多级过滤筒、支架17、底座18等组成。过滤筒(11、12)、出油筒(13)选用亚克力管材，长度均为30cm，管材直径分别为40mm、60mm、80mm，壁厚均为3mm。过滤筒中间在距两端25mm处开120°环形槽，出油筒在距一端60mm处开20mm直径的出油孔。
端盖采用10mm厚尼龙板材加工，铣出三个环形槽，深6mm，内圆直径为40mm、60mm、80mm，槽中心孔直径6mm，两端盖分别在距中心孔10mm处开宽16mm直到端盖边缘的异形出水孔和直径8mm的进油口，
支架由20mm厚亚克力板激光切割而成，底座为宽20cm、长40cm亚克力板。与支架用亚克力胶粘接而成。
图2为一级过滤筒(11)结构放大图，由过滤筒壁(111)和滤网(112)组成。滤网和筒壁用卡簧压紧固定。
图3为二级过滤筒(12)结构放大图，由过滤筒壁(121)和滤网(122)组成。滤网和筒壁用卡簧压紧固定。
图4为油水分离装置的剖面图。
第二实施例为具有超疏水与超亲油功能的过滤网，选用200目的不锈钢网作为基材，制备步骤是：
(1)将不锈网放置在适量丙酮中超声振荡10min，清洗掉丝网上的油污等。
(2)碱洗：将不锈钢网放于浓度为50g/L的NaOH和40g/L的Na2CO3混合溶液中超声震荡10-15min。
(3)水洗：用去离子水将不锈钢网冲洗1min。
(4)酸洗：将不锈钢网放于浓度为150mL/L的盐酸溶液中超声震荡2min，干燥。
(5)刻蚀：将不锈钢网置于刻蚀液中刻蚀30min，刻蚀液组分及浓度为FeCl3:400g/L；H3PO4:20g/L；HCl:100g/L，在刻蚀过程中每五分钟滴加1ml双氧水
(6)配制压敏胶-二氧化硅-丙酮分散液，并超声分散5min左右。
(7)将干燥好的不锈钢网浸泡于上述分散液中，超声振荡2min，取出后展开，自然干燥或用吹风机干燥。

Claims (8)

1.一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：它是由超疏水超亲油过滤网、一级过滤筒、二级过滤筒、出油筒、端盖、支座组成；它们相互之间的关系是：过滤网贴合在一级、二级过滤筒内壁构成主要过滤组件；一级、二级过滤筒，出油筒通过端盖保持同轴位置，并通过支架与底座支撑，与底座平面形成5-10°的夹角；
所述的一级过滤筒、二级过滤筒和出油筒选用三根不同管径的管材加工，管材为不锈钢管、塑料管、亚克力管、合金管和复合管中的一种；根据过滤需求截取三段15cm-100cm的相同长度不同管径的管材，按外径由小到大分为一级、二级过滤筒和出油筒；两过滤筒在筒壁开槽，出油筒筒壁打孔，将过滤网卷成筒状置于两过滤筒内并用卡簧进行固定；
所述的端盖按照滤筒管径加工，端盖加工有环形槽、进油口、出水口、中心孔，两个过滤筒和出油筒放置在环形槽内，利用不锈钢牙条和螺母从两端盖中心孔将其轴向固定，过滤筒的开槽、出油口、出水口均位于下侧；
所述的过滤网，其网的孔型为方孔、圆孔和六边形孔中的一种；孔径大小的选择与要分离油的黏度有关，黏度越大所需孔径越大；
实现油水分离的过程为油水混合物经进油口进入，大部分水直接通过过滤网表面由一级过滤筒的出水口流出，少量水以及油通过一级滤网进行二次过滤；最终油由出油筒上的出油口流出，而分离出的少量水通过二级过滤筒出水口流出。
2.根据权利要求1所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：所述的一级过滤筒、二级过滤筒和出油筒，它们的外径大小分别为：40mm、60mm和80mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：所述的端盖，其材质为钢材、铝合金和尼龙中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：所述的过滤网，其基材选用金属材质，即不锈钢、紫铜、黄铜和合金中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：所述的过滤网，其网孔的孔径大小为50μm-100μm。
6.根据权利要求1、4所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：对于金属材质过滤网是先将过滤网放置在预定量丙酮中超声振荡5-10min，清洗灰尘油污；然后放置在浓度为20-60g/L NaOH和20-50g/L Na2CO3混合溶液中超声震荡10-15min进行碱洗，之后用去离子水冲洗干净碱溶液，并放于浓度为50-150mL/L的盐酸溶液中超声震荡2min完成酸洗，干燥后放于对应刻蚀液中刻蚀，并配制压敏胶-二氧化硅-丙酮分散液；将干燥好的丝网浸泡于上述分散液中，2分钟后取出，展开干燥待用；对于所述的分散液中丙酮仅作稀释用，用来调节所需要的稀释度；适当加长超声震荡时间，以提高胶-硅粒的附着量；所用二氧化硅的质量分数少量提高，以增强疏水效果。
7.根据权利要求1、4所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：对于金属材质过滤网为提高基材与疏水固化膜结合度，除化学刻蚀外还能通过电化学腐蚀、等离子体刻蚀、喷砂诸方式在表面构筑微纳米结构，然后采用浸涂及喷涂的方法在上面包覆微米厚度的复合物固化膜以实现其润湿性能。
8.根据权利要求1所述的一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，其特征在于：所述的过滤网，其基材选用涤纶织物，该涤纶织物过滤网能经过清洗干燥后直接涂覆固化膜。
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