CN109081397A - 一种含油生活用水净化装置及其制备方法 - Google Patents

一种含油生活用水净化装置及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含油生活用水净化装置，属于水净化技术领域。所述净化装置为带有微孔阵列的薄片所形成的油桶状结构，所述薄片的内表面具有超亲水/超疏油性，外表面和微孔内壁具有超疏水/超亲油性。本发明还提供所述净化装置的制备方法：1)在薄片上加工出微孔阵列，微孔加工完成后微孔薄片的内外表面具有超亲水；对薄片进行表面氟化处理，使其修饰成双面具有超疏水性的薄片；采用激光去除内表面氟化，使内表面变为超亲水性，外表面和微孔内壁保持超疏水性；最后将薄片加工成桶状并开口。本发明装置结构简单，制备过程简洁、精确可控，且不会产生二次污染，在保护环境的同时还可以回收利用该装置分离的油。

Description

一种含油生活用水净化装置及其制备方法
技术领域
本发明属于生活用水净化技术领域，具体为一种含油生活用水净化装置及其制备方法。
背景技术
随着人类生活水平的提高，餐饮行业迅速发展，含油生活污水的排放量也越来越大，加重了对环境的污染。为了防止含有油污的生活用水堵塞下水道，避免油脂在下水道堆积而造成的鼠虫、臭气滋生以及繁琐不便的清理工作，同时有效延长下水道的使用寿命，需要对含油生活用水进行净化。
现有对含油废水处理方法主要是通过物化法、化学法、生物法等进行处理。这些处理方法都存在一定的局限性：如化学法中的絮凝法过程复杂，效率低下，而且会对环境造成二次污染；生物法将油转换为二氧化碳和水，造成资源的浪费；而现有的油水分离器如压缩空气油水分离器，需要利用压缩空气产生流向和速度的急剧变化来分离含油废水，增加分离成本。
发明内容
针对现有的含油生活用水处理技术的复杂程度高、不能高效率的完成油水分离的要求，本发明提供一种含油生活用水净化装置及其制备方法。本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种含油生活用水净化装置，所述净化装置为带有微孔阵列的薄片所形成的桶状结构，且顶部设置有开口，所述薄片的内表面具有超亲水/超疏油性，外表面和微孔内壁具有超疏水/超亲油性。
其中，所述微孔阵列也可以为微点阵列、微坑阵列、微柱阵列和微锥阵列。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的一个具体实施例，所述薄片为铝、钛、锡薄片、合金薄片、PE薄片、HDPE薄片或铝塑复合薄片中的一种；所述薄片的厚度为0.025～0.3mm。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的一个具体实施例，所述微孔为柱状孔、锥形孔或圆台形孔中的一种，所述微孔在内表面的直径小于外表面的直径。这种结构使微孔孔壁形成微米或纳米级微凸微坑等多尺度复合结构。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的一个具体实施例，所述微孔在内表面的直径为15～200μm。优选为20μm、50μm、1000μm、150μm。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的一个具体实施例，所述锥形孔和圆台形孔锥角α的计算公式如下：
α＝2tan-1(d1-d2)/2h
其中d1、d2、h分别表示外表面孔径、内表面孔径和薄片厚度。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的一个具体实施例，所述微孔阵列排布大小相同，相邻微孔之间的间隔为50～200μm。优选为100μm，150μm。
一种含油生活用水净化装置的制备方法，包括以下步骤：
1)在薄片上加工出陈列排布大小相同的微孔阵列，并保证两侧孔径大小相同或有所差别，微孔加工完成后微孔薄片的内外表面具有超亲水性；
2)对双面超亲水微孔薄片进行表面氟化处理，使其修饰成双面具有超疏水性的薄片；
3)对双面超疏水薄片的内表面采用激光扫描去除内表面氟化，使内表面变为超亲水性，而外表面和微孔孔壁保持超疏水性；
4)最后将薄片加工成桶、箱类容器并开口即可。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中，所述微孔加工采用超快激光脉冲或机械钻孔；当微孔直径为15～200μm时微孔的一端由能量为0.6～10μJ和脉冲数为30～50的激光脉冲制备，而微孔另一端通过激光扫描一个圆形路径制作。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的制备方法的一个具体实施例，步骤2)中，所述表面氟化处理采用低表面能的1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane(PFDTES)或3-氨丙基三乙氧基硅烷进行修饰处理。
作为本发明所述一种含油生活用水净化装置的制备方法的一个具体实施例，步骤3)中，所述去除内表面氟化采用速度为15～20mm/s、脉冲能量为0.25～1μJ、扫描空间为10～30μm的激光。
本发明含油生活用水净化装置及其制备方法，利用超快激光脉冲或微钻技术在薄片上加工出阵列排布大小相同和间距形貌精确可控的多尺度纳米微孔结构，这种微孔结构使薄片的内外表面具有亲水性，然后再对薄片进行氟化改性使内外表面改性成超疏水性，最后再利用激光对内表面去氟化，从而使内表面具有超亲水性，而外表面和微孔内部具有超疏水性，即使薄片两侧具有不同的结构和不同的润湿性，从而达到对生活用水油水分离净化的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明装置结构简单，制备步骤简洁、制备过程精确可控、成本低廉，可用于含油生活用水的净化，且不会产生二次污染，在保护环境的同时还可以回收利用该装置分离的油，避免了资源的浪费。
附图说明
图1为本发明含油生活用水净化装置的结构示意图。
图2为实施例1中含油生活用水净化的原理图。
附图标记：1-净化装置，2-微孔，3-开口，4-油，5-水，6-空气。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例含油生活用水净化装置的结构如图1所示，所述净化装置1为带有微孔2阵列的铝箔薄片所形成的桶状结构，且顶部设置有开口3，所述铝箔薄片的内表面具有超亲水/超疏油性，外表面和微孔内壁具有超疏水/超亲油性。
其中，铝箔薄片的厚度为0.04mm，相邻微孔2之间的间距为100μm，微孔2形状为圆台孔，其在铝箔薄片外表面的直径为30μm，内表面的直径为15μm；微孔2的锥角α为20.5°。
本实施例含油生活用水净化装置的制备过程如下：
1、用超快激光脉冲在铝箔薄片上加工出陈列排布大小相同的微孔阵列，并保证两侧孔径大小有所差别，微孔加工完成后微孔铝箔薄片的内外表面具有超亲水性，其中，激光脉冲能量为3μJ，脉冲数为40。
2、采用低表面能的1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane(PFDTES)对双面超亲水微孔铝箔薄片进行表面氟化处理，使其修饰成双面具有超疏水性的铝箔薄片。
3、对双面超疏水铝箔薄片的内表面采用激光扫描去除内表面氟化，使内表面变为超亲水性，而外表面和微孔内壁保持超疏水性；其中激光速度为15mm/s、脉冲能量为0.75μJ、扫描空间为20μm。
4、最后将铝箔薄片加工成桶状并设置开口即可。
本实施例含油生活用水净化装置的工作原理如图2所示。在使用时，将净化装置1放入含油生活用水中，其超疏水性外壁会阻止水5进入装置内，同时超疏油的内壁将防止吸收的油4外泄，从而达到水5油4分离的目的，对油4进行回收。
为了验证本实施例含油生活用水净化装置对油水分离的效果，用苏丹红I I I染色的正辛烷(模拟油)倒入亚甲基蓝染色的水中。在将装置放入混合物中之前，桶的内表面预先用水预湿。然后用磁力搅拌器搅动油水混合物制备油-水乳液。最后在搅拌作用下将两净化装置放入乳化液中，最后发现红色的正辛烷被吸收到桶中，而蓝色的水被挡在净化装置外，且净化装置外几乎没有红色正辛烷残留，油水分离效率能达到99％以上。
实施例2
本实施例含油生活用水净化装置为带有微孔阵列的HDPE薄片所形成的油桶状结构，且顶部设置有开口，所述薄片的内表面具有超亲水/超疏油性，外表面和微孔内壁具有超疏水/超亲油性。
其中，HDPE薄片的厚度为0.1mm，相邻微孔之间的间距为200μm，微孔形状为锥形，其在HDPE薄片外表面的直径为100μm，内表面的直径为50μm；微孔的锥角α为24.3°
本实施例含油生活用水净化装置的制备过程如下：
1、用超快激光脉冲在HDPE薄片上加工出陈列排布大小相同的微孔阵列，并保证两侧孔径大小有所差别，微孔加工完成后HDPE薄片的内外表面具有超亲水性，其中，激光脉冲能量为2μJ，脉冲数为30。
2、采用低表面能的3-氨丙基三乙氧基硅烷对双面亲水微孔HDPE薄片进行表面氟化处理，使其修饰成双面具有超疏水性的HDPE薄片。
3、对双面超疏水HDPE薄片的内表面采用激光扫描去除内表面氟化，使内表面变为超亲水性，而外表面和微孔内壁保持超疏水性；其中激光速度为20mm/s、脉冲能量为0.5μJ、扫描空间为30μm。
4、最后将HDPE薄片加工成桶状并设置开口即可。
本实施例净化装置工作原理以及对含油生活污水净化效果能达到实施例1相当的技术效果。
对比例
为了更好的说明本发明含油生活用水净化装置及其制备方法所能达到的有益效果，可以通过分别除去外表面和内表面上的氟化而制备，即方案一和二，装置结构和制备方法相同。也可以通过双面不作处理和双面氟化来对比，即方案三和四，装置结构和制备方法相同。
方案一是超亲水微孔内壁，超疏水内表面、超亲水外表面；
方案二是超疏水微孔内壁，超疏水外表面、超亲水内表面；
方案三是超亲水微孔内壁，超亲水内表面、超亲水外表面；
方案四是超疏水微孔内壁，超疏水内表面、超疏水外表面；
最后发现只有方案二可实现含油生活用水的水油分离净化，说明本发明净化装置外表面超疏水，内表面超亲水可以实现水油的分离净化，但将内外表面的性能更改变换后则不能实现油水分离、净化的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述净化装置为带有微孔阵列的薄片所形成的桶状结构，且顶部设置有开口，所述薄片的内表面具有超亲水/超疏油性，外表面和微孔内壁具有超疏水/超亲油性。
2.如权利要求1所述一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述薄片为铝、钛、锡薄片、合金薄片、PE薄片、HDPE薄片或铝塑复合薄片中的一种；所述薄片的厚度为0.025～0.3mm。
3.如权利要求1所述一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述微孔为柱状孔、锥形孔或圆台形孔中的一种，所述微孔在内表面的直径小于外表面的直径。
4.如权利要求3所述一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述微孔在内表面的直径为15～200μm。
5.如权利要求3所述一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述锥形孔和圆台形孔锥角α的计算公式如下：
α＝2tan-1(d1-d2)/2h
其中d1、d2、h分别表示外表面孔径、内表面孔径和薄片厚度。
6.如权利要求1所述一种含油生活用水净化装置，其特征在于，所述微孔阵列排布大小相同，相邻微孔之间的间隔为50～200μm。
7.如权利要求1至6任一项所述一种含油生活用水净化装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在薄片上加工出陈列排布大小相同的微孔阵列，并保证两侧孔径大小相同或有所差别，微孔加工完成后微孔薄片的内外表面具有超亲水性；
2)对双面超亲水微孔薄片进行表面氟化处理，使其修饰成双面具有超疏水性的薄片；
3)对双面超疏水薄片的内表面采用激光扫描去除内表面氟化，使内表面变为超亲水性，而外表面和微孔孔壁保持超疏水性；
4)最后将薄片加工成桶、箱类容器并开口即可。
8.如权要求7所述一种含油生活用水净化装置的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述微孔加工采用超快激光脉冲或机械钻孔；当微孔直径为15～200μm时微孔的一端由能量为0.6～10μJ和脉冲数为30～50的激光脉冲制备，而微孔另一端通过激光扫描一个圆形路径制作。
9.如权要求7所述一种含油生活用水净化装置的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述表面氟化处理采用低表面能的1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane(PFDTES)或3-氨丙基三乙氧基硅烷进行修饰处理。
10.如权要求7所述一种含油生活用水净化装置的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述去除内表面氟化采用速度为15～20mm/s、脉冲能量为0.25～1μJ、扫描空间为10～30μm的激光。
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