CN110482637A - 一种清理水域油污的工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种清理水域油污的工艺及设备，该工艺包括颗粒吸油、颗粒回收、粒水分离、粒油分离及吸蓄油颗颗粒循环利用的步骤；其中吸蓄油颗粒包括芯材颗粒、包裹于芯材颗粒表面的疏水亲油膜及疏水亲油膜表面的微‑纳二级粗糙结构。与现有技术相比，本发明充分发挥了吸蓄油颗粒的超疏水、超亲油、轻质的特点，规避了目前现有吸油材料的不足，工艺操作简单、安全环保、清理油污效果好，适用于江河湖泊、海洋等水域油污的清理，具有广阔的应用前景。

Description

一种清理水域油污的工艺及设备
技术领域
本发明涉及生态环保技术领域，尤其是涉及一种清理水域油污的工艺及设备。
背景技术
随着经济快速发展，我国对石油的需求量越来越大，国内近海石油开发规模不断扩充。然而，在石油的开采、运输、存储、使用过程中石油泄漏情况不断发生，同时在内陆江河湖泊中，涉油污染事故也经常发生，造成水域大面积污染，对生态环境造成威胁。
现有技术下清理水域油污时，使用吸油材料进行清理水域油污是种常见的方法，该方法主要使用亲油性的吸油材料使溢油被粘在其表面而被吸附回收。目前常见的制作吸油材料的原料主要有三大类，有机天然吸附剂包括稻草、麦秆、木屑、草灰、芦苇等，有机合成材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚醋等，无机矿物材料包括硅藻土、珍珠岩、浮石和膨润土等。使用有机天然吸附剂时，缺点是浮力性质差，吸油的同时也吸水，吸水后会造成吸附剂下沉，回收难度大；使用有机合成材料时，主要的缺点是材料本身不可生物降解或降解速度非常慢；使用无机矿物材料时，吸附剂对非极性有机物的吸附量较小，清理效率慢。因此，利用现有三种吸油材料吸附油污均有一定的缺陷。近日，同济大学张雄教授科研团队在超疏水超亲油颗粒材料的基础上研发了适用于水上清理油污使用的吸蓄油颗粒，该颗粒比重轻—可浮在水面，超疏水—吸油不吸水，超亲油—吸油效率高，同时还具有可重复使用等环保性能。目前在使用吸油材料清理水域油污时，现场施工方式较为简单，一般采用投掷吸油材料至油污区——专用设备回收吸油材料——将吸好油的吸油材料运至岸上处理的步骤方法，存在着回收吸油材料难度大、吸油材料无法重复使用、吸油材料耗费量大、清理效率低等问题，因此，亟需一种吸蓄油颗粒作为吸油材料处理油污的可简单施工、安全环保、清理效率高的清理水域油污的工艺。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种清理水域油污的工艺及设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种清理水域油污的工艺，包括以下步骤：
(1)颗粒吸油：通过颗粒散布装置将吸蓄油颗粒放至油污水域；
(2)颗粒回收：待放至油污水域的吸蓄油颗粒将油污吸附后，利用颗粒回收装置将吸蓄油颗粒回收；
(3)粒水分离：将回收的吸蓄油颗粒置于粒水分离装置内，将吸蓄油颗粒与水分离；
(4)粒油分离：将粒水分离后的吸蓄油颗粒置于粒油分离装置内，将吸蓄油颗粒与油污分离，并收集分离出来的油污；
(5)吸蓄油颗颗粒循环利用；将粒油分离后的吸蓄油颗粒放入颗粒散布装置，重复步骤(1)～(5)，直至油污水域清理完成；
所述的吸蓄油颗粒包括芯材颗粒、包裹于芯材颗粒表面的疏水亲油膜及疏水亲油膜表面的微-纳二级粗糙结构。
该工艺使用的吸蓄油颗粒具有超疏水、超亲油、轻质的特性。
优选地，步骤(1)中，所述的颗粒散布装置采用带式输送机或颗粒喷洒装置，将干燥的吸蓄油颗粒放至油污水域。
优选地，步骤(2)中，采用真空收集装置在吸蓄油颗粒入水处将吸蓄油颗粒收集，并通过管路将吸载油污的吸蓄油颗粒和部分水一起送至粒水分离装置。
优选地，步骤(3)中，粒水分离装置为下部带有出水口的仓储罐，利用密度差，通过出水口将水排出，并通过管路将吸载油污的吸蓄油颗粒送至粒油分离装置。
优选地，步骤(4)中，粒油分离装置采用过滤式离心机，吸载油污的吸蓄油颗粒经离心处理后，通过管路将分离出来的油污送至油污储存罐。
优选地，所述的芯材颗粒为大比表面积轻质材料，选自粉煤灰、玻化微珠、尾矿粉中的一种或几种，粒径为70-150μm。
优选地，所述的疏水亲油膜由疏水型树脂及相应的固化剂在颗粒芯材表面交联固化制得。
进一步优选地：
所述的疏水型树脂选自甲基硅树脂、环氧改性有机硅树脂、石油树脂、酚醛树脂、氟硅树脂和氟碳树脂中的一种或几种；
所述固化剂选自己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺和异氰酸酯中的一种或几种。
更进一步优选地：
所述疏水型树脂采用甲基硅树脂、环氧改性有机硅树脂或石油树脂时，所述固化剂采用己二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺中的一种；
所述疏水型树脂采用酚醛树脂时，所述固化剂采用六次甲基四胺；
所述疏水型树脂采用氟硅树脂或氟碳树脂时，所述固化剂采用异氰酸酯。
优选地，所述的微-纳二级粗糙结构是在疏水型树脂未固化前，先后加入微米级憎水材料和纳米级憎水材料制得。
优选地：
所述的微米级憎水材料选自聚四氟乙烯微粉和硅烷粉末憎水剂中的至少一种，粒径为5-70um；
所述的纳米级憎水材料选自纳米SiO2、ZnO2和TiO2中的一种或几种，粒径为5-80nm。
本发明所用覆膜材料(疏水型树脂及固化剂)的表面能低于水，但高于一般油类。覆膜材料在颗粒芯材表面包覆，形成疏水亲油膜，同时提高了颗粒芯材的机械强度。
优选地，所述的吸蓄油颗粒包括以下重量份含量的组分：颗粒芯材80-82份、疏水型树脂10-12份、固化剂3-4份、微米级憎水材料4-5份和纳米级憎水材料0.5-1份。
优选地，所述的吸蓄油颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(a)将颗粒芯材加热，烘干其表面水分后，静置、冷却；
(b)待颗粒芯材冷却，加入搅拌锅中，并加入疏水型树脂和固化剂搅拌均匀；
(c)在树脂未固化前，再依次加入微米级憎水材料和纳米级憎水材料，搅拌均匀，即制得所述的用于油污处理的吸蓄油颗粒。
优选地：
步骤(1)中，烘干的温度为150-200℃；
步骤(2)中，将颗粒芯材冷却至50-70℃时，加入搅拌锅中。
本发明还提供一种清理水域油污的设备，用于上述工艺，包括：具有自航能力的水上运载器、设置于水上运载器上的颗粒散布装置、颗粒回收装置、粒水分离装置、粒油分离装置、颗粒储存装置、油污储存罐及相互之间的连接管路。
本发明使用的吸蓄油颗粒使用轻质材料作为芯材，并在其表面包覆具有低表面能的覆膜材料，形成疏水亲油膜，而后在疏水亲油膜表面构建粗糙结构。浸水时，具有低表面能及粗糙结构的吸蓄油颗粒具备超疏水超亲油效果，颗粒会自发团聚，颗粒间形成间隙空腔，其巨大的比表面积及具有毛细作用的间隙空腔能够吸蓄并存储大量油污。利用本工艺可充分发挥吸蓄油颗粒的特点，可高效吸附海洋油污，同时将吸载油污的颗粒进行回收，回收后经粒水分离和粒油分离后，可重复利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明颗粒吸油步骤充分发挥了吸蓄油颗粒的超疏水、超亲油、轻质的特点，克服了目前现有吸油材料的不足；
2、本发明颗粒回收步骤实现了吸蓄油颗粒散布收集一体化，减少了吸蓄油颗粒的浪费；
3、本发明粒水分离和粒油分离步骤实现了吸蓄油颗粒的循环利用，具有良好的经济和环保效益；
4、本发明整体工艺可操作性强、应用技术便捷、清理油污效果好，适用于各种水域(江河湖泊、海洋等)的油污清理，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明清理水域油污的设备的示意图。
图中，1为水上运载器、2为颗粒散布装置，3为颗粒回收装置，4为粒水分离装置，5为粒油分离装置，6为颗粒储存装置，7为油污储存罐，8为吸载油污的吸蓄油颗粒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种清理水域油污的工艺，其清理水域油污的工艺通过以下步骤完成：
(1)颗粒吸油：将吸蓄油颗粒利用喷洒或传送装置放至油污水域；
该步骤可以采用带式输送机或颗粒喷洒装置将干燥的吸蓄油颗粒准确的放置在油污水域；
(2)颗粒回收：待步骤(1)放入油污水域的吸蓄油颗粒将油污吸附后，利用颗粒回收装置3将吸蓄油颗粒回收；
该步骤中，颗粒回收装置3利用真空泵和辅助收集装置等构成的真空收集装置在吸蓄油颗粒入水处将吸蓄油颗粒收集，并通过管路将吸载油污的吸蓄油颗粒8和部分水一起送至粒水分离装置4；
(3)粒水分离：将步骤(2)回收的吸蓄油颗粒放至在粒水分离装置4内将吸蓄油颗粒与水分离；
该步骤中，粒水分离装置4采用下部带有出水口的大型仓储罐，利用吸蓄油颗粒浮在水面的特性(密度差原理)，下部的出水口将多余的水排出，通过管路将仓储罐上层的吸载油污的吸蓄油颗粒8送至粒油分离装置；
(4)粒油分离：将步骤(3)处理后的吸蓄油颗粒放至在粒油分离装置5内将吸蓄油颗粒与油分离，分离出的油储存在油污储存罐7；
该步骤中，粒油分离装置5采用大型卧式螺旋卸料过滤式离心机，每小时生产能力15m3，经离心处理后，通过管路将液体排出口排出的油污送至油污储存罐7；
(5)颗粒循环利用：将步骤(4)处理后的吸蓄油颗粒放入(1)中的颗粒散布装置2中重新使用，重复(1)～(5)的过程；直至油污水域清理完成。
该步骤中，将粒油分离装置固体物排出口排出的吸蓄油颗粒送至颗粒储存装置，准备重复使用，直至油污水域清理完成。
上述工艺过程，使用清理水域油污的设备完成，如图1所示，包括：具有自航能力的水上运载器1、设置于水上运载器1上的颗粒散布装置2、颗粒回收装置3、粒水分离装置4、粒油分离装置5、颗粒储存装置6、油污储存罐7及相互之间的连接管路。
本实施例中的吸蓄油颗粒包括芯材颗粒、包裹于芯材颗粒表面的疏水亲油膜及疏水亲油膜表面的微-纳二级粗糙结构。具有超疏水、超亲油、轻质的特性。
更具体地：本实施例中的吸蓄油颗粒采用玻化微珠作为芯材颗粒，表面经过疏水型树脂覆膜，并在表面制造微纳二级粗糙结构，芯材颗粒的粒径为70-150μm。
本实施例中的吸蓄油颗粒可以采用以下方法制备得到：将82份尾矿粉加热至170℃，烘干其表面的水分后，静置；待其冷却至50℃时，将其加入搅拌锅中，并加入10份甲基硅树脂和3份三乙烯四胺搅拌均匀；然后依次加入4.5份粒径为10-50um的聚四氟乙烯微粉和0.5份粒径为10-80nm的纳米ZnO2，搅拌均匀，制得吸蓄油颗粒。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本申请中，吸蓄油颗粒采用以下制备方法得到：
将80份粉煤灰加热至200℃，烘干其表面水分，静置；待其冷却至70℃时，加入搅拌锅中，并加入12份氟硅树脂和3.5份异氰酸酯固化剂搅拌均匀；然后依次加入4份粒径为10-50um的聚四氟乙烯微粉和0.5份粒径为10-70nm的纳米SiO2，搅拌均匀，制得吸蓄油颗粒。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本申请中，吸蓄油颗粒采用以下制备方法得到：将82份尾矿粉加热至170℃，烘干其表面的水分后，静置；待其冷却至50℃时，将其加入搅拌锅中，并加入10份甲基硅树脂和3份三乙烯四胺搅拌均匀；然后依次加入4.5份粒径为10-50um的聚四氟乙烯微粉和0.5份粒径为10-80nm的纳米ZnO2，搅拌均匀，制得吸蓄油颗粒。
对实施例1、2和3制得的吸蓄油颗粒进行油滴在其表面的接触角测试，并测定其对机油的吸油率，结果见表1。
表1吸蓄油颗粒性能测试
由表1可知，本发明所制备的吸蓄油颗粒超亲油和高蓄油性能优异，吸油率高，蓄油量大。
为检测产品的耐久性，将实施例1、2和3制得的吸蓄油颗粒于自然条件下放置6个月后，测定其对机油的吸油率，结果如表2所示。
表2吸蓄油颗粒耐久性测试(6个月后)
由表2可知，本发明所制备的吸蓄油颗粒6个月后的超亲油和高蓄油性能依然优异，具有良好的耐久性能。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中，疏水型树脂选择酚醛树脂，固化剂选择六次甲基四胺。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中，颗粒芯材80份、疏水型树脂10份、固化剂4份、微米级憎水材料5份和纳米级憎水材料1份。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中，颗粒芯材81份、疏水型树脂10.5份、固化剂3.2份、微米级憎水材料4.5份和纳米级憎水材料0.8份。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清理水域油污的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)颗粒吸油：通过颗粒散布装置将吸蓄油颗粒放至油污水域；
(2)颗粒回收：待放至油污水域的吸蓄油颗粒将油污吸附后，利用颗粒回收装置将吸蓄油颗粒回收；
(3)粒水分离：将回收的吸蓄油颗粒置于粒水分离装置内，将吸蓄油颗粒与水分离；
(4)粒油分离：将粒水分离后的吸蓄油颗粒置于粒油分离装置内，将吸蓄油颗粒与油污分离，并收集分离出来的油污；
(5)吸蓄油颗颗粒循环利用；将粒油分离后的吸蓄油颗粒放入颗粒散布装置，重复步骤(1)～(5)，直至油污水域清理完成；
所述的吸蓄油颗粒包括芯材颗粒、包裹于芯材颗粒表面的疏水亲油膜及疏水亲油膜表面的微-纳二级粗糙结构。
2.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述的颗粒散布装置采用带式输送机或颗粒喷洒装置，将干燥的吸蓄油颗粒放至油污水域。
3.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，步骤(2)中，采用真空收集装置在吸蓄油颗粒入水处将吸蓄油颗粒收集，并通过管路将吸载油污的吸蓄油颗粒和部分水一起送至粒水分离装置。
4.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，步骤(3)中，粒水分离装置为下部带有出水口的仓储罐，利用密度差，通过出水口将水排出，并通过管路将吸载油污的吸蓄油颗粒送至粒油分离装置。
5.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，步骤(4)中，粒油分离装置采用过滤式离心机，吸载油污的吸蓄油颗粒经离心处理后，通过管路将分离出来的油污送至油污储存罐。
6.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，所述的芯材颗粒为大比表面积轻质材料，选自粉煤灰、玻化微珠、尾矿粉中的一种或几种，粒径为70-150μm。
7.根据权利要求1所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，所述的疏水亲油膜由疏水型树脂及相应的固化剂在颗粒芯材表面交联固化制得。
8.根据权利要求7所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，所述的微-纳二级粗糙结构是在疏水型树脂未固化前，先后加入微米级憎水材料和纳米级憎水材料制得。
9.根据权利要求8所述的一种清理水域油污的工艺，其特征在于，所述的吸蓄油颗粒包括以下重量份含量的组分：颗粒芯材80-82份、疏水型树脂10-12份、固化剂3-4份、微米级憎水材料4-5份和纳米级憎水材料0.5-1份。
10.一种清理水域油污的设备，其特征在于，用于权利要求1～9任一所述的工艺，包括：具有自航能力的水上运载器、设置于水上运载器上的颗粒散布装置、颗粒回收装置、粒水分离装置、粒油分离装置、颗粒储存装置、油污储存罐及相互之间的连接管路。
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