CN111715182A - 一种除油碳纤维管海绵及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种除油碳纤维管海绵及其制备和应用方法,本发明根据碳化及石墨化制作内部碳纤维材料,再者用等离子体激励制作用外部包裹的海绵层。用丝线串接置于除油器表面,采用链式输送方式碳纤维管除油海绵与除油器表面油层接触,碳纤维管除油海绵具有很强亲油特性,与水的接触角达到153°以上,在集油箱吸附的油类通过横向挤压进行分离。该除油碳纤维管海绵具有较高强度,能被物理挤压1万次从而循环利用。采用本方法,措施废液中的油类得以高效去除,为后续处理奠定良好基础。
Description
技术领域
本发明属于吸油材料的合成技术领域,具体涉及一种除油碳纤维管海绵的制备及应用方法。
背景技术
油田钻井及油井、注水井、气井措施作业产生的废液组分复杂,含有大量的有毒化学物质和重金属,难以处理回用,通常采用井场挖池子将废液排入池中,然后加石灰风干后就地掩埋。至2015年新的环保法实施后,禁止钻井废液和措施废液落地外排,造成油田钻井和油水气井措施作业停产,影响油田开发工作的正常进行,为保油田开发工作的正常进行,油田多采用井场用车回收运至油田污水处理站处理,该方法一是存在运费高油田开发效益差,二是由于收回废液难处理,将原处理系统搞乱,使原达标污水处理站处理后的水质无法达标。
为解决此问题,目前对废液的处理方法大致有一下几种:(1)化学处理法,主要为乳化法;(2)生物处理法;(3)物理处理法,主要包括分离、过滤、离心和吸附等。在这些方法中,主要以物理吸附法为主,物理吸附法能够有效处理其它方法难以去除的一些大分子有机污染 物,经处理后出水水质好且比较稳定。吸附剂是吸附过程的关键物质基础,根据不同的含油废水处理工艺和经济性要求,可以采用不同类型的吸附剂。常用的吸附剂有碳质吸附剂、黏土类吸附剂、粉煤灰和离子交换树脂等。其中,碳质吸附剂最为常见,比表面积大且化学性能稳定,在废水处理中被广泛应用。但这些材料的吸油效率低,成本高,难以达到资源处理要求,因此,研发制备一种高选择性,高效,清洁,低成本的吸油材料的方法,已经成为国内外研究人员最为关注的课题。
另外,海绵是一种常见且廉价的可商业性获得的多孔材料,由于其三维框架结构,使它们赋予了巨大的吸油及存油空间;同时,又具有良好的柔韧性和弹性,在一定的压力范围内挤压变形后可以很快回复原状,用它做吸油材料时可以实现油品的回收。已经公开了一些吸油材料,如:CN106432786A公开了一种以含氟硅烷偶联剂为交联剂制备高效疏水吸油海绵的方法,CN105713393A公开了一种以有机硅树脂为基体的超疏水吸油海绵及其制备方法,CN105797431A公开了一种高效疏水吸油海绵的制备方法,该方法将三维立体海绵浸入聚二甲基硅氧烷乳液与交联剂充分混合均匀后制得有机硅乳液浸液中制得高效疏水吸油海绵。虽然这些吸油海绵具有较的高吸附能力和油水选择性,然而上述吸油海绵几乎不具有生物降解性,吸油后的废弃材料由于不能被生物降解,进而对环境造成二次污染,且制备成本较高、反应条件苛刻,限制了其在油水分离领域的应用。因此,寻求原料丰富,价格便宜的天然有机材料来开发新型、安全、环境友好型吸附剂变得非常紧迫。
中美科学家研制出一种介于碳纤维和碳纳米管之间的海绵式碳管,该碳管比传统的碳纤维更轻更柔韧,其抗张强度大于传统的碳纤维,当用力拉扯它时,该碳管不会裂开,具有很好的柔韧性和延展性。另有研究表明“碳海绵”可任意调节形状,弹性也很好,被压缩80%后仍可恢复原状,它对有机溶剂有超快、超高的吸附力,是已被报道的吸油力最强的材料。运用化学沉积原理,结合海绵的吸附能力,为达到吸油目的。
多数以化学沉积在碳纤维上镀层金属用于全球航天航空、体育休闲和工业,因其比铝还要轻,比钢还要硬,比重是铁的1/4,强度是铁的10倍,应用碳纤维替代钢铁广泛采用。目前行之有效的有化学气相沉积、其它的方法。其中化学镀铜方法是比较简单、适用的,但迄今对这种碳纤维方法的报导仍然很不详细。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种海绵生长速度随气态原子的浓度、温度和时间的增加而增加,适当地调节这些参数,可迅速的在碳纤维表面上得到一层均匀碳纤维海绵结构,用于除油池吸油,去除措施废液中油分的除油碳纤维管海绵及其制备和应用方法。
为此,本发明所采用的技术方案如下:
一种除油碳纤维管海绵,该除油碳纤维管海绵包括内部碳纤维材料及包覆在内部碳纤维材料外的外部包裹海绵。
具体地,所述除油碳纤维管海绵为结构呈圆柱状的海绵多孔结构,其比表面积为0.4~0.6m3/g。
一种除油碳纤维管海绵的制备方法,包括以下步骤:
S1制作内部碳纤维材料:
碳纤维材料使用碳化及石墨化处理的方式得到,并将其制成碳纤维管;
S2制作外部包裹海绵:
利用等离子体激励的方法,在内部碳纤维材料的表面形成一层厚度均匀的固态薄膜或涂层。
进一步地,所述步骤S1制作内部碳纤维材料的具体方法为:设置反应炉,在其石英反应室内放入石英基底,进行加热,同时通入氩气排净反应室内空气 ;当石英基底达到800-950℃后,等离子体偏压400v,在氢气和氩气的混合气氛下,向石英反应室内加入0.8gTi3AlC2过晒粉末与15ml体积浓度为40%的HF溶液混合成反应原料,反应原料充分反应后在氩气保护下随炉冷却,以原子态沉积在石英基底,得到呈块体的碳纳米管海绵,将得到的碳纳米管海绵制成碳纤维管。
进一步地,所述步骤S2中固态薄膜或涂层的厚度为15-60nm。
一种除油碳纤维管海绵的应用方法,该除油碳纤维管海绵用于处理措施废液,具体方法为:将制备好的除油碳纤维管海绵串接起来,并置于除油器表面,以2~20米/分得速度接触除油器表面措施废液中油分。
进一步地,所述串接后的除油碳纤维管海绵呈球体或长方体。
优选地,所述除油碳纤维管海绵之间采用丝线串接。
进一步地,所述除油碳纤维管海绵采用链式输送的方式与除油器表面接触,该除油碳纤维管海绵具有亲油特性,与水的接触角达到153°以上。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明根据碳化及石墨化制作内部碳纤维材料,再者用等离子体激励迅速的在内部碳纤维材料表面上得到一层均匀碳纤维海绵结构,并进一步用丝线串接置于除油器表面,采用链式输送方式使该碳纤维管除油海绵与除油器表面油层接触,碳纤维管除油海绵具有很强亲油特性,与水的接触角达到153°以上,在集油箱吸附的油类通过横向挤压进行分离。采用本方法,措施废液中的油类得以高效去除,为后续处理奠定良好基础。
2.本发明的制备方法简单易行,制备原料易得,成本低,无污染,制备的碳纤维管除油海绵吸油效果优良,材料整体质感轻,并具有较高强度,能被物理挤压1万次从而循环利用,广泛应用于油污的处理。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚的了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
第一实施方式
本发明的第一实施方式涉及一种措施废液除油碳纤维管海绵,其包括内部碳纤维材料及包覆在内部碳纤维材料外的外部包裹海绵。
本发明还保护了该除油碳纤维管海绵的制备方法,包括以下步骤:
S1制作内部碳纤维材料:碳纤维材料使用碳化及石墨化处理的方式得到,并将其制成碳纤维管;
S2制作外部包裹海绵: 利用等离子体激励的方法,在内部碳纤维材料的表面形成一层厚度均匀的固态薄膜或涂层。
本发明还保护了该除油碳纤维管海绵的应用方法,该除油碳纤维管海绵用于处理措施废液,具体方法为:将制备好的除油碳纤维管海绵串接起来,并置于除油器表面,以2~20米/分得速度接触除油器表面措施废液中油分。
该除油碳纤维管海绵的制备及应用是吸油材料的合成创新,根据碳化及石墨化制作内部碳纤维材料,再者用等离子体激励制作用外部包裹的海绵层。将所述除油碳纤维管海绵串接后置于除油器表面,采用链式输送方式碳纤维管除油海绵与除油器表面油层接触,碳纤维管除油海绵具有很强亲油特性,与水的接触角达到153°以上,在集油箱吸附的油类通过横向挤压进行分离。碳纤维管除油海绵具有较高强度,能被物理挤压1万次从而循环利用。采用本方法,措施废液中的油类得以高效去除,为后续处理奠定良好基础。
第二实施方式
本实施方式公开了本发明所述油碳纤维管海绵的详细制备方法,包括以下步骤:
S1制作内部碳纤维材料:
设置反应炉,在其石英反应室内放入石英基底,进行加热,同时通入氩气排净反应室内空气 ;当石英基底达到 800-950℃后,等离子体偏压400v,在氢气和氩气的混合气氛下,向石英反应室内加入0.8g Ti3AlC2过晒粉末与15ml体积浓度为40%的HF溶液混合成反应原料,反应原料充分反应后在氩气保护下随炉冷却,以原子态沉积在石英基底,得到呈块体的碳纳米管海绵,将得到的碳纳米管海绵制成碳纤维管;
S2制作外部包裹海绵:
利用等离子体激励的方法,在内部碳纤维材料的表面形成一层厚度均匀的固态薄膜或涂层。进一步地,所述固态薄膜或涂层的厚度为15-60nm。
该碳纤维管海绵材料是碳纤维素材料通过化学沉积方法制得,本发明通过使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上,形成一层带有微孔的类似于海绵孔的物质,形成外部包裹海绵材料与碳纤维材料吻合。
进一步地,所述除油碳纤维管海绵为结构呈圆柱状的海绵多孔,该海绵多孔结构由15-50nm中孔和50-90nm大孔组成。
本发明所述除油碳纤维管海绵具有巨大的比表面积,1立方厘米仅重0.5 g,轻巧易用;且该除油碳纤维管海绵具有良好弹性、优异的电化学性能及强亲油疏水特性,吸油率很高。
第三实施方式
本实施方式涉及一种措施废液除油碳纤维管海绵的应用方法,该除油碳纤维管海绵用于处理措施废液,具体方法为:将制备好的除油碳纤维管海绵用丝线串接起来,做成球体或长方体置于除油装置表面,用链式输送方式使海绵与除油装置表面接触,碳纤维管除油海绵具有很强亲油特性,与水的接触角达到153°以上。
进一步地,链式输送主要由链条、链轮、电机和减速器等组成,长距离输送的链式输送带也有张紧装置,还有链条支撑导轨,输送速度可定为2~20米/分,可根据水质油分含量做调整。串接好的碳纤维海绵以链式输送方式与除油池表面接触,以10米/分速度接触除油装置表面措施废液中油分,浮油去除率可达86.4%。
需要说明的是,在集油箱吸附的油采用横向挤压方式,即挤出方向与挤压方向相垂直,被挤压物按照一单一经向寄出,循环挤压可达1万次从而循环利用。采用本方法,措施废液中的油类得以高效去除,为后续处理奠定良好基础。
在不冲突的情况下,本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合,以达到相应的技术效果,具体对于各种组合情况在此不一一赘述。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种除油碳纤维管海绵,其特征在于:该除油碳纤维管海绵包括内部碳纤维材料及包覆在内部碳纤维材料外的外部包裹海绵。
2.根据权利要求1所述的一种除油碳纤维管海绵,其特征在于:所述除油碳纤维管海绵为结构呈圆柱状的海绵多孔结构,其比表面积为0.4~0.6m3/g。
3.一种根据权利要求1-2任意一项所述的除油碳纤维管海绵的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1制作内部碳纤维材料:
碳纤维材料使用碳化及石墨化处理的方式得到,并将其制成碳纤维管;
S2制作外部包裹海绵:
利用等离子体激励的方法,在内部碳纤维材料的表面形成一层厚度均匀的固态薄膜或涂层。
4.根据权利要求3所述的一种除油碳纤维管海绵的制备方法,其特征在于,所述步骤S1制作内部碳纤维材料的具体方法为:设置反应炉,在其石英反应室内放入石英基底,进行加热,同时通入氩气排净反应室内空气 ;当石英基底达到 800-950℃后,等离子体偏压400v,在氢气和氩气的混合气氛下,向石英反应室内加入0.5~1.0g Ti3AlC2过晒粉末与10~20ml体积浓度为40%的HF溶液混合成反应原料,反应原料充分反应后在氩气保护下随炉冷却,以原子态沉积在石英基底,得到呈块体的碳纳米管海绵,将得到的碳纳米管海绵制成碳纤维管。
5.根据权利要求3所述的一种除油碳纤维管海绵的制备方法,其特征在于:所述步骤S2中固态薄膜或涂层的厚度为15-60nm。
6.一种根据权利要求1-2任意一项所述的除油碳纤维管海绵的应用方法,其特征在于,该除油碳纤维管海绵用于处理措施废液,具体方法为:将制备好的除油碳纤维管海绵串接起来,并置于除油器表面,以2~20米/分得速度接触除油器表面措施废液中油分。
7.根据权利要求6所述的一种除油碳纤维管海绵的应用方法,其特征在于:所述除油碳纤维管海绵串接后呈球体或长方体。
8.根据权利要求6所述的一种除油碳纤维管海绵的应用方法,其特征在于:所述除油碳纤维管海绵之间采用丝线串接。
9.根据权利要求6所述的一种除油碳纤维管海绵的应用方法,其特征在于:所述除油碳纤维管海绵采用链式输送的方式与除油器表面接触,该除油碳纤维管海绵具有亲油特性,与水的接触角达到153°以上。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200929 |