CN109647004A - 利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法 - Google Patents

Abstract

利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法，本发明涉及涉及通水阻油式油水分离的方法。本发明的目的是为了解决现有过滤法容易被油堵住网孔以及超疏油超亲水或疏油亲水材料难以制备，使得阻油通水式油水分离难以实现的问题。过程为：一：用喷淋或浸泡方式使得具有低表面能的可溶于水的液体润湿超双疏或双疏网膜；二：将一得到的被具有低表面能的可溶于水的液体润湿后的超双疏或双疏网膜浸泡在水中，使得超双疏或双疏网膜被水润湿；三：油水混合物在重力或压力驱动下接触到二得到的被水润湿后的网膜时，油水混合物中的水自由通过超双疏或双疏网膜，而油无法通过，实现阻油通水式油水分离。本发明用于油水分离技术领域。

Description

利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法

技术领域

本发明涉及通水阻油式油水分离的方法。

背景技术

高效经济的油水分离技术在许多领域有重要应用价值。中国的原油开采成本远超世界平均水平，先进的油水分离技术可显著降低石油开采过程中过高的能耗，进而改善相关的能源和成本问题；海洋石油污染问题对人类生产生活产生重大威胁，先进的油水分离技术将有利于海洋生态的改善；同样工业和生活污水处理中的油水分离也是各国共同面临的难题，先进的处理手段可以控制污染，降低成本，促进资源的循环利用，对中国等人均资源较少的国家而言有着重要意义。

传统的油水分离方法一般是基于不同液相的密度或表面张力差异进行油水分离，主要包括重力法、离心法、气浮法和过滤法等。

重力法利用油和水密度差异及不相容性，在常压静止或流动状态下实现油水分离，一般存在分离效果较差和处理时间较长的缺点，通常用于油水的粗分离。

离心法通过构造惯性场实现油水分离，如海上石油开采的重要设备水力旋流器，应用该方法的设备结构复杂，成本及能耗高，分离效果有限，导致其应用受到限制。

气浮法通过向混合液中通入气体，利用浮出表面的气泡吸附油滴实现油水分离，该方法效率较高，但不适用于含油比率较高的油水混合物。

过滤法分为微滤膜和网膜过滤两种，微滤膜利用微孔只能通过水分子无法通过油分子的特点实现油水分离，但其流量小、速度慢，且也容易被油堵住微孔。

网膜过滤则通常采用可阻水通油的多孔网状材料(例如疏水亲油的不锈钢网)实现油水分离，虽然具有分离效果好，处理时间短、结构简单、能耗低、适用多种油水混合物等优势，但却容易被高粘度的油堵住网孔或相对密度更高的水膜覆盖住网孔而失去分离能力，使得其无法得到大规模应用。而如果可以制作疏油亲水的网膜实现阻油通水式的油水分离将解决以上问题与缺陷。这种网膜一方面具备着阻水通油式网膜的优点(分离效果好，处理时间短、结构简单、能耗低、适用多种油水混合物)，同时由于其表面拒油亲水，不会被油或水膜堵住网孔，且可以在重力作用下实现持续分离，因此是最为理想的油水分离方式。

然而，根据表面能理论，疏油的表面往往都应该疏水，而亲水的表面往往都应该亲油，因此制备这样一种同时具有疏油性和亲水性的网膜非常困难，阻油通水的膜实验室里可以实现，但是无法应用，水通一下就失效，使得阻油通水式油水分离难以实现。因此需要找到一种不利用疏油亲水表面来实现阻油通水式油水分离的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有过滤法容易被油堵住网孔以及超疏油超亲水或疏油亲水材料难以制备，使得阻油通水式油水分离难以实现的问题，而提出利用超双疏或双疏网膜实现阻油通水式油水分离的方法。

利用超双疏或双疏网膜实现阻油通水式油水分离的方法具体过程为：

步骤一：用喷淋或浸泡方式使得具有低表面能的可溶于水的液体润湿超双疏或双疏网膜；

步骤二：将步骤一得到的被具有低表面能的可溶于水的液体润湿后的超双疏或双疏网膜浸泡在水中，使得超双疏或双疏网膜被水润湿；

步骤三：油水混合物在重力或压力驱动下接触到步骤二得到的被水润湿后的网膜时，油水混合物中的水自由通过超双疏或双疏网膜，而油无法通过，实现阻油通水式油水分离。

本发明的有益效果为：

本发明提供的基于双疏或超双疏材料的油水分离方法仅采用一个超双疏或双疏网膜，超双疏或双疏网膜的单侧或双侧在空气中表现为超疏水超疏油或疏水疏油或超疏水疏油或疏水超疏油，使油和水均无法通过所述网膜，且不会在通油或者通水过程中迅速失效，因为它即不沾油也不沾水；原本双疏的膜与液体是三相接触(固气液)，通过可溶于水的低表面能液体对网膜润湿可实现膜与低表面能液体的两相接触(固液)，继而将润湿的网膜浸泡在水中后可实现网膜与水的两相接触(固液)。因此当油水混合物接触网膜时，水可以自由通过网膜，而油无法通过。分离过程中，油不会将超双疏或双疏网膜微孔堵住，即可达到分离效果好、处理时间短、不需要设备，成本及能耗低，对油水混合物种类没有限制，适用多种油水混合物的分离；

克服了传统油水分离技术的分离效果较差，处理时间长、设备结构复杂、成本及能耗高、分离效果有限、不适用多种油水混合物等问题。克服了传统过滤分离技术的容易被油或水膜堵住网孔导致效率大幅降低以致失效的重大缺陷。特别是克服了超疏油超亲水或疏油亲水材料难以制备，使得阻油通水式油水分离难以实现的问题。本发明方法分离效率提高5-10倍，能耗降为0(仅依靠重力实现分离)。

本发明所阐述的油水分离技术可仅采用一个超双疏或双疏网膜灵活的实现阻油通水式油水分离。且由于所采用的网状材料是疏油或超疏油的，油液不容易覆盖在其表面，不会在分离过程中堵塞网孔。分离时，水会自然透过网孔而不会覆盖住网孔表面使得网膜失效。该技术不同于以往的油水分离技术，在原理上没有缺陷，其应用将大幅提高现有油水分离设备的效率，降低油水分离设备的能耗，同时在海洋油污回收方面具有非常重要的应用前景。

附图说明

图1为本发明流程图，图中：首先将超双疏/双疏网膜置于可溶于水的低表面能液体中，取出后置于水中，最终取出后置于分离设备中油水混合物与网膜接触后水在重力作用下即可通过网膜，油无法通过网膜，即实现阻水通油式油水分离；

图2为本发明利用超双疏或双疏网膜实现阻油通水油水分离的的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的利用超双疏或双疏网膜实现阻油通水式油水分离的方法具体过程为：

步骤一：用喷淋或浸泡等方式使得具有低表面能的可溶于水的液体润湿超双疏或双疏网膜的一部分或整体；

超双疏是指油和水与固体表面的接触角都大于155度；

双疏是指油和水与固体表面的接触角都大于90度，小于等于155度；

低表面能具体多少其实和超双疏或双疏表面的疏油性有关，低到足够润湿这个超双疏或双疏表面就可以了。例如一般用的是常温下表面能小于0.03N/m为低表面能。

超疏水是指常温下水在固体表面的接触角大于155度；疏水指的是常温下水在固体表面的接触角大于90度，小于等于155度。

超疏油是指常温下油在固体表面的接触角大于155度，疏油是指常温下油在固体表面的接触角大于90度，小于等于155度。

步骤二：采取用大量的水冲洗网膜或将步骤一得到的被具有低表面能的可溶于水的液体润湿后的超双疏或双疏网膜浸泡在水中等方式，将网膜表面的具有低表面能的可溶于水的液体置换为水，使得超双疏或双疏网膜的一部分或整体被水润湿；

步骤三：油水混合物在重力或压力驱动下接触到步骤二得到的被水润湿后的网膜时，油水混合物中的水自由通过超双疏或双疏网膜，而油无法通过，实现阻油通水式油水分离。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中具有低表面能的可溶于水的液体为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或含表面活性剂的水溶液等。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤一中超双疏网膜的在空气中表现为超疏水超疏油，使油和水均无法通过所述网膜。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤一中双疏网膜的在空气中表现为疏水疏油，使油和水均无法通过所述网膜。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

原理说明：

如图2所示：

超双疏或双疏网膜表面具有微纳结构(粗糙度)，当水滴和油滴与表面接触时，呈液固气三相接触，即卡西(Cassie)态。选择表面能足够低的液体可浸润网膜表面，使得网膜表面的微纳结构充满低表面能液体。此时用水浸泡或冲洗表面，由于低表面能液体溶于水，网膜表面微纳结构中的液体会被水替换，于是当水滴与网膜接触时，水滴与固体表面呈固液两相接触，即文泽尔(Wenzel)态，超双疏网膜对水呈现超亲态，此时水可自由通过网膜。而由于无论是在空气中还是此时的水下，油滴均呈现超疏油或疏油态，无法通过网膜。因此可实现阻油通水式的油水分离。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种利用超双疏或双疏网膜实现油水分离的方法具体是按照以下步骤制备的：

选取40目的不锈钢网，网孔直径为0.4mm，网整体厚度为0.32mm，首先对不锈钢网进行粗糙化处理，然后在全氟葵基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯混合溶液中浸染不锈钢网，使其在空气中双面疏油疏水，水和油均无法通过网膜。将网膜在甲醇或丙酮或四氢呋喃中短暂浸泡(约2秒)后，置于水中浸泡(约10秒)，取出网膜后可采用图1所示油水分离装置，油水混合物在重力作用下接触网膜时水可自由通过网膜而油无法通过网膜，即实现持续、稳定的阻油通水式油水分离。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：用喷淋或浸泡方式使得具有低表面能的可溶于水的液体润湿超双疏或双疏网膜；

步骤二：将步骤一得到的被具有低表面能的可溶于水的液体润湿后的超双疏或双疏网膜浸泡在水中，使得超双疏或双疏网膜被水润湿；

步骤三：油水混合物在重力或压力驱动下接触到步骤二得到的被水润湿后的网膜时，油水混合物中的水自由通过超双疏或双疏网膜，而油无法通过，实现阻油通水式油水分离。

2.根据权利要求1所述利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法，其特征在于：所述步骤一中具有低表面能的可溶于水的液体为乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或含表面活性剂的水溶液。

3.根据权利要求1或2所述利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法，其特征在于：所述步骤一中超双疏网膜在空气中表现为超疏水超疏油，使油和水均无法通过所述网膜。

4.根据权利要求3所述利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法，其特征在于：所述步骤一中双疏网膜在空气中表现为疏水疏油，使油和水均无法通过所述网膜。