CN112023526A - 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用 - Google Patents

一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112023526A
CN112023526A CN202010929429.4A CN202010929429A CN112023526A CN 112023526 A CN112023526 A CN 112023526A CN 202010929429 A CN202010929429 A CN 202010929429A CN 112023526 A CN112023526 A CN 112023526A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter element
plant
water
based powder
oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010929429.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112023526B (zh
Inventor
王建友
赵博武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nankai University
Original Assignee
Nankai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nankai University filed Critical Nankai University
Priority to CN202010929429.4A priority Critical patent/CN112023526B/zh
Publication of CN112023526A publication Critical patent/CN112023526A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112023526B publication Critical patent/CN112023526B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28042—Shaped bodies; Monolithic structures
    • B01J20/28045—Honeycomb or cellular structures; Solid foams or sponges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/40—Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Abstract

本发明提供一种天然海绵状滤芯的制备方法，包括以下具体步骤：S1：海绵状材料的制备；S2：植物基粉体的制备；S3：滤芯的制备；S3.1：将多根S1制得的海绵状材料扎成柱状，放置在上下开口的外柱内，使海绵状材料与外柱内壁紧密接触，得到带有海绵状材料的外柱；S3.2：将S2制备的植物基粉体置于去离子水或无水乙醇中，搅拌，得到均匀的悬浊液；S3.3：将S3.2制得的悬浊液填充至带有海绵状材料的外柱内，得到天然海绵状滤芯。本发明所制备的滤芯具有油品内微量水分去除、含油废水除油以及废水中颗粒物、悬浮物以及染料分子染料吸附截留的功能，且具有较高的分离效率。

Description

一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用
技术领域
本发明涉及一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用，属于环境功能材料技术领域。
背景技术
目前常用于水处理工业的滤芯主要有矿物质滤料、活性炭和以PP棉滤网为主的有机滤料等。以上滤料除天然带有多孔结构的矿物质滤料外，其余滤料在制备过程中需人为在基底材料上通过物理或化学方法形成多孔结构，来形成流体通道和达到增大材料比表面积的目的。当分离目标物对滤材表面的浸润性有较高要求时，则需要更为复杂的改性步骤以及价格高昂的改性药剂、机械设备等辅助实施。
处于生长状态的各种植物在其体内进行水分、无机盐和养料传输时，会形成具有一定规则形状的多孔传输通道，同时还合成了一系列天然化合物。近年来，采用植物体部分器官为原料制备滤芯已成为研究的新热点。
中国专利申请CN201910253763.X公开了一种植物果壳滤料及其制作工艺，该专利使用核桃壳、玉米芯和桃壳材料进行加工制作，制备过程需筛选去杂质、再破碎成150目的微粒，随后在85℃-90℃烘干机内脱脂3小时，最终还需用电热炉进行碳化方能制得植物果壳滤料。该专利虽然采用了的天然植物材料作为原料，但核心工艺还是碳化，在滤料制备的过程中脱脂和碳化步骤需要耗费大量的电能，增加了滤料的生产成本。
中国专利申请CN201910017106.5公开了一种生物基滤芯的制备方法，该专利通过水热法得到微炭化、膨化植物纤维，再对膨化植物纤维乙酰化，最终再与预糊化淀粉、聚乙烯醇、抗菌剂一起搅拌均匀，制得均相体浆料，再进行水蒸气发泡、热压成型得到生物基滤芯。该专利对植物纤维原料的改性步骤复杂、还需要各种设备辅助制备，因此限制了此类材料的大规模推广制备。
中国专利申请CN 105169748A公开了灯芯草在油水分离过程中的应用，该专利直接使用灯芯草草芯、无需复杂的改性步骤，利用单根草芯两端的液位差形成的虹吸现象来实现油水混合物的连续自动化分离。但该专利主要使用的是单根草芯进行油水乳液分离，处理能力较低，流速调节范围小。此外，当乳化剂及乳液中的水分逐渐被吸附到材料表面时，因单根草芯不能进行反冲洗操作材料很快就会失去原有的功能性。综上可知，较大的滤净水处理总量、可反冲洗的天然海绵状植物茎有望能够延长滤芯的使用寿命、减少滤芯的更换频率，且可能在工业水处理领域实现大规模应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种天然海绵状滤芯的制备方法。
本发明的第二目的在于提供上述方法制备的天然海绵状滤芯在水处理中的应用。
为了实现上述第一目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种天然海绵状滤芯的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：海绵状材料的制备
将植物茎自然条件下晾晒，风干，将植物茎内海绵状材料与外皮剥离，得到海绵状材料，备用；
具体的，将茎从植物体上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干处理，风干至水分含量0.5-10％即可，降低植物茎的水分含量，有助于茎内海绵状材料与外皮的剥离。
具体的，所述植物茎为向日葵杆芯髄、玉米杆芯、莲叶杆芯、灯芯草芯髄、高粱杆芯、芝麻杆芯、甘蔗杆芯、大豆杆芯、芦苇杆芯、玉米芯内芯、一年生香椿杆芯、麻杆芯、竹子杆、椴木、松木、杨木、柳木、巴沙木、姜、丝瓜络、麦麸皮、柚子皮、橘子皮、冬瓜内瓤中的一种或几种。
S2：植物基粉体的制备
选取植物果壳、植物杆和植物叶进行风干处理，风干至水分含量为0.5-10％，粉碎至200-1500目，得到植物基粉体，备用；
具体的，植物的果实成熟后，经过采摘、晾晒、自然风干后，将果壳与果肉进行分离。再将果壳用水清洗干净，进行二次风干；植物杆和植物叶进行一次风干即可；再分别进行粉碎处理，得到粉末状材料，待用。
S3：滤芯的制备
S3.1：将多根S1制得的海绵状材料扎成柱状，放置在上下开口的外柱内，使海绵状材料与外柱内壁紧密接触，得到带有海绵状材料的外柱；
S3.2：将S2制备的植物基粉体溶于去离子水或无水乙醇中，搅拌，得到均匀的悬浊液；
S3.3：将S3.2制得的悬浊液填充至带有海绵状材料的外柱内，得到天然海绵状滤芯。
具体的，上下开口的外柱，材质可为有机玻璃、聚丙烯、聚氯乙烯塑料管、硅胶软管、不锈钢金属管、竹竿、空芯芦苇杆等材料。下端出口处有三通结构，一端接滤芯外管、一端接滤液池、第三端接反冲洗料液箱，且滤液池和反冲洗料液箱均配有独立阀门。
本技术方案中，在压力为0-0.85bar条件下，悬浊液填充至带有海绵状材料的外柱内，使得悬浊液内的固体牢固的填充在海绵状材料的孔隙中并形成滤芯中的一部分。
优选的，S2中的植物基粉体为疏水类植物基粉体或亲水类植物基粉体。
优选的，S2中的疏水类植物基粉体为石松粉、莲蓬粉或未预润湿的果壳粉，所述果壳为花生外壳、椰子壳、碧根果壳、核桃壳、杏仁外壳、李子壳粉、桃核粉、栗子壳粉、山楂种子外壳、开心果果壳、白果果壳、油茶果壳中的一种或几种。
优选的，S2中的亲水类植物基粉体为竹子杆粉、小麦秸秆粉、花生秸秆粉、水稻秸秆粉、玉米芯粉、松木粉、棉花秸秆粉、茅草纤维粉、剑麻纤维粉、地瓜秧粉、油菜秸秆粉、杨柳柳絮、姜丝粉、香蒲粉、荷叶粉和青竹竹叶粉中的一种或几种。
优选的，S3.1中采用的海绵状材料不经过任何处理，直接使用。
优选的，S2.2中的植物基粉体为疏水类植物基粉体。
具体的，未经热水处理的多根海绵状材料与疏水类植物基粉体的组合滤芯为亲油疏水型滤芯，其滤芯的厚度为1-10cm，优选3.5-5cm。
优选的，S3.1中采用的海绵状材料进行预处理，预处理具体为：将海绵状材料置于90-100℃的热水中，浸泡100-240min。
优选的，S2.2中的植物基粉体为亲水类植物基粉体。
具体的，经热水处理的海绵状材料与亲水类植物基粉体的组合滤芯为亲水疏油型滤芯，其滤芯的厚度为1-10cm，优选3.5-5cm。
采用本技术方案，可根据不同目标分离物对滤芯表面浸润性以及流速的不同要求，选择填充相应的植物基粉末。一方面，可以使海绵状材料的原始浸润性得到提升；另一方面，可实现对滤芯孔径及孔隙率的有效调控。
优选的，S3.1中的海绵状材料的压缩率为1％-85％，优选为35％-85％。
为了实现上述第二目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种天然海绵状滤芯在水处理中的应用，用于分离的目标物有乳化油品内微量水分、含油废水中油滴、废水中颗粒物及悬浮物、染料废水中染料分子。
优选的，所述乳化油品为煤油包水乳液、柴油包水乳液、轻质原油包水、汽油包水乳液、润滑油包水乳液、花生油包水乳液、大豆油包水乳液、玉米油包水乳液、橄榄油包水乳液、甲苯包水乳液、石油醚包水乳液、正己烷包水乳液、戊烷包水乳液、正庚烷包水乳液、异辛烷包水乳液、十二烷包水乳液和十六烷包水乳液等混合物中的一种。
优选的，所述微量水分为0.1％-30％的范围内，乳化油品内乳化剂为司盘80，含量在0-5％范围内。
优选的，所述含油废水中油滴为不溶性油水混合物(ρ油＜1g/cm3)和水包油型乳液。
优选的，不溶性油水混合物为柴油/水、煤油/水、汽油/水、原油/水、润滑油/水、大豆油/水、橄榄油/水、液体石蜡/水、甲苯/水、正己烷/水、戊烷/水、异辛烷/水、十二烷/水、十六烷/水、石油醚/水、油田采出油水和含油海水中的一种。
优选的，所述水包油型的乳液为水包柴油乳液、水包煤油乳液、水包汽油乳液、水包轻质原油乳液、水包液体石蜡乳液、水包润滑油乳液、花生油乳液、水包大豆油乳液、水包玉米油、水包橄榄油乳液、水包甲苯乳液、水包正己烷乳液、水包戊烷乳液、水包正庚烷乳液、水包异辛烷乳液、水包十二烷乳液、水包十六烷乳液和水包石油醚乳液、水包二氯甲烷乳液、水包三氯甲烷乳液、水包四氯化碳乳液和废切削液中的一种，油、水体积比在1:99至30:70之间。
优选的，所述废水中表面活性剂种类为非离子型表面活性剂吐温80(Tween 80)、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的一种，表面活性剂含量为0-5％。
优选的，所述颗粒物及悬浮物可为高岭土、凹凸棒土、蒙脱石土、硅藻土、膨润土、粉煤灰、风积砂、氧化铁粉、絮凝沉淀中的絮状体、蛋白质胶体中的一种或几种。
优选的，所述废水中的大颗粒物及悬浮物，尺寸为100nm-1mm、其中悬浊液的浊度在1-500NTU范围内。
优选的，所述染料为曙红Y、苋菜红、活性红195、罗丹明B、落日黄、甲基橙、酸性黄36、固绿FCF、亚甲基蓝、直接蓝15、结晶紫和实际印染废水中的一种或多种。
优选的，所述染料废水中染料浓度为10mg/L-1000mg/L，pH为3-9。
优选的，还包括反冲洗处理，利用反冲洗液对天然海绵滤芯进行反冲操作，反冲次数1-5次，反冲压力为0.05-1bar。
具体的，反冲洗操作为关闭滤液口阀门、打开反冲洗口阀门，在低压下将反冲洗液打入滤芯内，进行多次反冲洗。
优选的，当目标分离物是乳化油品内微量水分时，选择对应的油相作为反冲洗液；当目标分离物是含油废水中油滴(ρ油＜1g/cm3)、废水中颗粒物及悬浮物、染料废水中染料分子时，选择水作为反冲洗液。
采用本技术方案，可对滤芯进行反冲洗操作，以此来延长滤芯的使用寿命，减少滤芯的更换频率。最终，此滤芯可作为一种新型的水处理前置过滤装置，有效地保护后续的废水深度处理装置。
本发明的有益效果：
(1)原料为纯天然材料：本发明内原料为植物的茎、果壳、杆和叶等部分，均来源于自然界。
(2)绿色制备过程：避免物理刻蚀、化学改性剂的使用，仅通过对原料的筛选以及填充粉末的组合使用来使原材料浸润性得到提升，可制得亲油疏水型以及亲水疏油型滤芯。
(3)滤芯内外径尺寸可控：本发明可根据不同水处理量和处理对象，调控滤芯整体的外观尺寸以及内部孔径、孔隙率，可使后续分离过程高效快速运行。
(4)应用范围广：本发明所制备的滤芯具有油品内微量水分去除、含油废水除油以及废水中颗粒物、悬浮物以及染料分子染料吸附截留的功能，且具有较高的分离效率。
(5)使用周期长，支持反冲洗，具有投资成本低、节能环保的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为不同厚度的滤芯对分离效果的影响。
图2为不同厚度的滤芯对通量的影响。
图3为不同压缩率对滤芯通量的影响。
图4为不同压缩率对滤芯分离效率的影响。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1填充石松孢子粉的亲油疏水型滤芯
(1)将灯芯草茎从灯芯草植株上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干处理，最后将茎内海绵状材料与外皮进行剥离，切割成有效长度5cm，平均直径为2.5mm的海绵状软芯。
(2)石松植物生长出孢子后，对石松孢子粉进行收集，晾晒、自然风干后，将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至200目，得到具有超疏水超亲油型粉末状材料(即疏水类植物基粉体)，待用。
(3)将多根未经任何处理的海绵状材料扎成柱状，并逐渐压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为55.2％。再将其放入上下开口的聚丙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密得接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将疏水类植物基粉体溶于无水乙醇溶剂中，其浓度为0.1g/L，经过充分搅拌后形成均匀的悬浊液。最后，将上述悬浊液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到6cm厚度的亲油疏水型滤芯。
实施例2填充花生壳粉的亲油疏水型滤芯
(1)将莲叶杆茎从莲叶植株上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干处理，最后将茎内海绵状材料与外皮进行剥离，切割成有效长度10cm，平均直径为1.5mm的海绵状软芯。
(2)对花生壳进行收集，晾晒、自然风干后，将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至600目，得到具有超疏水超亲油型粉末状材料(即疏水类植物基粉体)，待用。
(3)将多根未经任何处理的海绵状材料扎成柱状，并逐渐压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为60.2％。再将其放入上下开口的聚丙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密得接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将疏水类植物基粉体溶于无水乙醇溶剂中，其浓度为0.2g/L，经过充分搅拌后形成均匀的悬浊液。最后，将上述悬浊液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到7cm厚度的亲油疏水型滤芯。
实施例3填充核桃壳粉的亲油疏水型滤芯
(1)将玉米杆从玉米植株上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干处理，最后将茎内海绵状材料与外皮进行剥离，切割成有效长度30cm，平均直径为3mm的海绵状软芯。
(2)对核桃壳进行收集，晾晒、自然风干后，将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至1200目，得到具有超疏水超亲油型粉末状材料(即疏水类植物基粉体)，待用。
(3)将多根未经任何处理的海绵状材料扎成柱状，并逐渐压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为35％。再将其放入上下开口的聚丙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密得接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将疏水类植物基粉体溶于无水乙醇溶剂中，其浓度为0.1g/L，经过充分搅拌后形成均匀的悬浊液。最后，将上述悬浊液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到10cm厚度的亲油疏水型滤芯。
实施例4填充花生秸秆粉的亲水疏油型滤芯
(1)将芦苇茎从芦苇植株上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干处理，最后将茎内海绵状材料与外皮进行剥离，切割成有效长度7cm，平均直径为7.5mm的海绵状软芯，备用。
(2)农作物花生果实成熟后，经过采摘、晾晒、自然风干后，将花生秸秆与果肉进行分离。再将花生秸秆用水清洗干净，进行二次晒干。再将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至1000目，得到具有超浸润性的粉末状材料(即亲水类植物基粉体)。
(3)将多根海绵状材料置于95℃热水中浸泡240min后，扎成柱状，并逐渐压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为1％。再将其放入上下开口的聚氯乙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密得接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将亲水类植物基粉体溶于去离子水中，其浓度为0.2g/L，经过充分搅拌后形成均匀的悬浊液。最后，将上述悬浊液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到3.5cm厚度的亲水疏油型滤芯，待用。
实施例5填充竹子粉的亲水疏油型滤芯
(1)将成熟的丝瓜从藤蔓上采摘下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干陈置处理，最后将干瘪丝瓜外皮去掉，留下丝瓜络。切割成长度10cm，宽度为6cm，厚度为1cm的长方体，备用。
(2)将竹子杆和竹叶从竹子上收割下来，经过采摘、晾晒、自然风干陈置后。再将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至800目，得到具有超浸润性的粉末状材料(即亲水类植物基粉体)。
(3)将海绵状材料置于90℃热水中浸泡180min后，切成10个圆柱片，并逐渐堆积压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为75.4％。再将其放入上下开口、的聚氯乙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将亲水类植物基粉体溶于去离子水中，其浓度为0.5g/L，经过充分搅拌后形成均匀的混合液。最后，将上述混合液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到1cm厚度的亲水疏油型滤芯。
实施例6填充玉米芯粉的亲水疏油型滤芯
(1)将成熟的高粱茎从高粱植株上收割下来，在阳光充足的室外进行自然晾晒，再放置阴凉通风处进行风干陈置处理。最后将茎内海绵状材料与外皮进行剥离，切割成有效长度9cm，平均直径为1.25cm的海绵状软芯，备用。
(2)将整根玉米从玉米秸秆上采摘下来，经过、晾晒、自然风干陈置后，退除玉米粒，留下玉米芯。再将其置于超微研磨机内进行粉碎及研磨，粉碎至1500目，得到具有超浸润性的粉末状材料。
(3)将海绵状材料置于100℃热水中浸泡100min后，切成10个圆柱片，并逐渐堆积压缩成密实紧凑的圆柱状，压缩率为85％。再将其放入上下开口、的聚氯乙烯外柱内，使材料与外柱内壁充分紧密接触，为保证过滤面切面整齐，用美工刀切去部分材料。其次，将亲水类植物基粉体溶于去离子水中，其浓度为0.4g/L，经过充分搅拌后形成均匀的混合液。最后，将上述混合液填充至带有海棉状材料的外柱内，得到5cm厚度的亲水疏油型滤芯。
试验例1实施例1-3制备的亲油疏水型滤芯在水处理中的应用
(1)添加1g司盘80乳化的510mL煤油包水乳液(V煤油：V水＝50:1)。
(2)对照组1-3中的步骤(1)和步骤(3)分别同实施例1-3，步骤(2)均不填充植物基粉末。
(2)将实施例1-3、对照组1-3制得的亲油疏水型滤芯接入管路中，打开滤液口阀门、关闭反冲洗口处管道阀门，向滤芯柱内倒入25mL上述煤油包水乳液，在重力下进行过滤，测试每次滤液的含水量并计算分离效率。连续倒入5批次后，关闭滤液口阀门，打开反冲洗口阀门，用煤油做反冲液进行低压反冲洗，压力值为0.3bar。再重复上述过滤以及反冲洗操作，并记录滤芯对含乳化剂的煤油包水乳液的最大处理量，如表1所示。
表1实施例1-3制得的滤芯处理含乳化剂的煤油包水乳液的处理结果
实施例1 对照组1 实施例2 对照组2 实施例3 对照组3
植物基粉体 石松孢子粉 —— 花生壳粉 —— 核桃壳粉 ——
最大处理量(mL) 536 264 602 387 516 229
分离效率(％) 99.88 99.75 99.86 99.76 99.79 99.61
由表1可知，填充植物基粉末的亲油疏水型滤芯在处理含乳化剂的煤油包水乳液的过程中，最大处理量最大、分离效果最好。因为在制备滤芯的过程中，植物基粉末能够很好地填充在滤芯的空隙中，所以在油水分离过程中，亲油类植物基粉体能够将油类物质进行吸附，并将微量水分排斥在滤芯表面，起到亲油疏水的作用，进而更好地实现油水分离。
试验例2实施例1制得的亲油疏水型滤芯在水处理中的应用
(1)试验组1：添加由1g司盘80乳化的510mL煤油包水乳液(V煤油：V水＝50:1)。
试验组2：添加由2g司盘80乳化的1020mL石油醚包水乳液(V石油醚：V水＝50:1)。
试验组3：添加由0.7g司盘80乳化的357mL大豆油包水乳液(V大豆油：V水＝50:1)。
试验组4：添加由3g司盘80乳化的1530mL二氯甲烷包水乳液(V二氯甲烷：V水＝50:1)。
试验组5：添加由1.1g司盘80乳化的561mL四氯化碳包水乳液(V四氯化碳：V水＝50:1)。
(2)将实施例1制得的亲油疏水型滤芯接入管路中，打开滤液口阀门、关闭反冲洗口处管道阀门，向滤芯柱内倒入25mL试验组1-5的乳化油品，在重力下进行过滤，测试每次滤液的含水量并计算分离效率。连续倒入5批次后，关闭滤液口阀门，打开反冲洗口阀门，用试验组1-5中各自对应的油品作为反冲液进行低压反冲洗，压力值为0.6bar。再重复上述过滤以及反冲洗操作，并记录滤芯对含乳化剂的石油醚包水乳液的最大处理量，如表2所示。
表2亲油疏水型滤芯对不同油品的处理结果
试验组1 试验组2 试验组3 试验组4 试验组5
最大处理量(mL) 512 763 317 1385 414
分离效率(％) 99.6 99.5 99.3 96.6 99.9
由表2可知，实施例1制备的亲油疏水型滤芯在处理不同油品的时候，其分离效率存在些许差距，试验组1-3和试验组5的分离效率均达到了99.6％以上，而试验组4的分离效率仅为96.6％，可能是由于二氯甲烷的极性较大，与乳液中水分子的相容性更好，在分离过程微量水分伴随着二氯甲烷溶剂一同进入滤液之中，导致了相对较低的分离效率。试验组5中的四氯化碳极性相对于试验组4中的二氯甲烷极性就小很多，在乳液经过滤芯的过程中，不易被带入滤液中，所以会有高达99.9％的分离效率。
试验例3实施例4-6制备的亲水疏油型滤芯在水处理中的应用
(1)添加0.1g吐司80乳化的500mL水包异辛烷乳液(V异辛烷：V水＝1:99)。
(2)对照组4-6中的步骤(1)和步骤(3)分别同实施例4-6，步骤(2)均不填充植物基粉末。
(3)将实施例4-6、对照组4-6制备的亲水疏油型滤芯接入管路中，打开滤液口阀门、关闭反冲洗口处管道阀门，向滤芯柱内倒入25mL上述水包异辛烷乳液，在重力下进行过滤，测试每次滤液的含油量并计算分离效率。连续倒入5批次后，关闭滤液口阀门，打开反冲洗口阀门，用水做反冲液进行低压反冲洗，压力值为0.5bar。再重复上述过滤以及反冲洗操作，并记录滤芯对含乳化剂的水包异辛烷乳液的最大处理量，如表3所示。
表3实施例4-6制得的滤芯处理含乳化剂的水包异辛烷乳液的处理结果
Figure BDA0002669687370000121
由表3可知，填充植物基粉末的亲水疏油型滤芯在处理含乳化剂的水包异辛烷乳液的过程中，分离效果较好。因为在制备滤芯的过程中，植物基粉末能够很好地填充在滤芯的空隙中，所以在分离过程中，乳液中的油滴被亲水类植物基粉体阻隔在滤芯表面难以接触到滤芯内部，进而更好地实现油水分离的长效性。
试验例4实施例5制得的亲水疏油型滤芯在水处理中的应用
(1)试验组6：柴油/水体积比1:1的不溶性油水混合物4000mL以上。
试验组7：添加由0.1g吐温80(Tween 80)乳化的500mL水包异辛烷乳液(V异辛烷：V水＝1:99)。
试验组8：添加由0.1g十二烷基硫酸钠(SDS)乳化的500mL水包甲苯乳液(V甲苯：V水＝1:99)。
试验组9：添加由0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)乳化的500mL水包石油醚乳液(V石油醚：V水＝1:99)。
试验组10：浊度值为400NTU的高岭土与水的混合物5L。
试验组11：浓度值为50mg/L的亚甲基蓝染料溶液2L。
(2)将实施例5制得的亲水疏油型滤芯接入管路中，打开滤液口阀门、关闭反冲洗口处管道阀门，向滤芯柱内倒入30mL试验组6-11的溶液，在重力下进行过滤，测试每次滤液的浊度值并计算分离效率。连续倒入6批次后，关闭滤液口阀门，打开反冲洗口阀门，用水做反冲液进行低压反冲洗，压力值为0.1bar。再重复上述过滤以及反冲洗操作，并记录试验组6-11分别对不溶性油水混合物、水包油乳液、高岭土与水的混合物以及亚甲基蓝染料的最大处理量，如表4所示。
表4亲水疏油型滤芯对不同溶液的处理结果
Figure BDA0002669687370000131
由表4可知，亲水疏油型滤芯对试验组6中不溶性轻油与水混合物的分离通量达到最大值，分离效率高达99.99％，其最大处理量未能检测出，说明该滤芯特别适用于对不溶性轻油-水混合物的分离处理过程；
亲水疏油型滤芯对试验组7-9中含不同类型乳化剂(试验组7为非离子型乳化剂、试验组8为阴离子型乳化剂，试验组9为阳离子型乳化剂)的水包油乳液进行分离可知，该滤芯对含阳离子型乳化剂的水包油乳液有较大的通量值、更佳的分离效果以及最大的处理量值；
亲水疏油型滤芯对试验组10的水中悬浮颗粒进行分离可知，该滤芯对大颗粒的截留效果可达99％以上，且最大处理量值可达3L以上；
最后，还用此滤芯分离水中的染料(试验组11)，具有与纯水通量相接近的大通量数值，染料分子的截留率可达99.9％，且最大处理量接近2L。综上可知，本发明所制备的亲水疏油型滤芯具有油品内微量水分去除、含油废水除油以及废水中颗粒物、悬浮物以及染料分子染料吸附截留的功能，且具有较高的分离效率。
试验例5不同厚度的亲水疏油型滤芯对分离效果及通量的影响
采用厚度为1.5cm、3cm、4.5cm、6cm和7.5cm的亲水疏油型滤芯对含乳化剂的水包异辛烷乳液进行处理，亲水疏油型滤芯的制备方法同实施例6，具体结果见图1和图2。
由图1和图2所示，滤芯的分离效率随着滤芯的厚度增加而提高，通量随着滤芯的厚度增加而降低，当滤芯厚度超过6cm时，分离效率缓慢提高，综合考虑，滤芯的最佳厚度为3.5-5cm。
试验例6不同压缩率对通量及分离效率的影响
采用压缩率为1％、20％、40％、60％、80％和90％的亲油疏水型滤芯对含乳化剂的煤油包水乳液进行处理，亲油疏水型滤芯的制备方法同实施例1，具体结果见图3和图4。
由图3和图4所示，滤芯的分离效率随着压缩率的增加而提高，通量随着压缩率的增加而降低，当压缩率超过80％时，分离效率缓慢提高，综合考虑，压缩率为35％-85％。
试验例7使用次数对滤芯的分离效率及最大处理量的影响
(1)将实施例1制得的亲油疏水型滤芯对含乳化剂的煤油包水乳液进行处理。
(2)将亲油疏水型滤芯进行反冲洗操作。
(3)重复步骤(1)和(2)。
亲油疏水型滤芯对含乳化剂的煤油包水乳液的分离效率及通量详见表5。
表5使用次数对滤芯的分离效率及最大处理量的影响
第1次 第3次 第5次 第7次 第9次 第10次
最大处理量(mL) 536 533 532 501 488 469
分离效率(％) 99.88 99.88 99.86 98.76 97.69 96.61
由表5可知，随着使用次数的增加，滤芯的最大处理量逐渐减小，分离效率也随之下降，是因为随着滤芯使用次数的增加，一些油性物质附着在滤芯上，影响了滤芯的过滤功能，进而导致最大处理量减小，分离效率的降低，由上述实验数据可知，本申请制备的滤芯最佳使用次数为1-7次。实现了延长滤芯的使用寿命，减少滤芯的更换频率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：海绵状材料的制备
将植物茎自然条件下晾晒，风干，将植物茎内海绵状材料与外皮剥离，得到海绵状材料，备用；
S2：植物基粉体的制备
选取植物果壳、植物杆和植物叶进行风干处理，粉碎至200-1500目，得到植物基粉体，备用；
S3：滤芯的制备
S3.1：将多根S1制得的海绵状材料扎成柱状，放置在上下开口的外柱内，使海绵状材料与外柱内壁紧密接触，得到带有海绵状材料的外柱；
S3.2：将S2制备的植物基粉体溶于去离子水或无水乙醇中，搅拌，得到均匀的悬浊液；
S3.3：将S3.2制得的悬浊液填充至带有海绵状材料的外柱内，得到天然海绵状滤芯。
2.根据权利要求1所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S2中的植物基粉体为疏水类植物基粉体或亲水类植物基粉体。
3.根据权利要求1所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S2.2中所述的植物基粉体为疏水类植物基粉体。
4.根据权利要求1所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S3.1中采用的海绵状材料进行预处理，预处理具体为：将海绵状材料置于90-100℃的热水中，浸泡10-240min；S2.2中的植物基粉体为亲水类植物基粉体。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S3.1中的海绵状材料的压缩率为1％-85％。
6.根据权利要求1所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S3.2中得到的悬浊液浓度为0.1-0.5g/L。
7.根据权利要求1所述的一种天然海绵状滤芯的制备方法，其特征在于，S3.3中得到的天然海绵状滤芯的厚度为1-10cm。
8.一种如权利要求1所述的方法制备的天然海绵状滤芯在水处理中的应用。
9.根据权利要求8所述的天然海绵状滤芯在水处理中的应用，其特征在于，还包括反冲洗处理，利用反冲洗液对天然海绵滤芯进行反冲洗操作，反冲洗次数1-5次，反冲洗压力为0.05-1bar。
10.根据权利要求9所述的天然海绵状滤芯在水处理中的应用，其特征在于，当目标分离物是乳化油品内微量水分时，选择对应的油相作为反冲洗液；当目标分离物是含油废水中油滴、废水中颗粒物及悬浮物、染料废水中染料分子时，选择水作为反冲洗液。
CN202010929429.4A 2020-09-07 2020-09-07 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用 Active CN112023526B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010929429.4A CN112023526B (zh) 2020-09-07 2020-09-07 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010929429.4A CN112023526B (zh) 2020-09-07 2020-09-07 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112023526A true CN112023526A (zh) 2020-12-04
CN112023526B CN112023526B (zh) 2022-04-01

Family

ID=73584915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010929429.4A Active CN112023526B (zh) 2020-09-07 2020-09-07 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112023526B (zh)

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB897299A (en) * 1957-12-24 1962-05-23 Robert Amon Improvements in or relating to method and apparatus for impregnating sponge-like articles
SE9901825D0 (sv) * 1999-05-20 1999-05-20 Amersham Pharm Biotech Ab Foamed material filled with inner material
CN101264436A (zh) * 2008-03-18 2008-09-17 上海大学 丝瓜络作为吸附剂在金属离子吸附中的应用
US20110062074A1 (en) * 2008-06-04 2011-03-17 Asahi Kasei Chemicals Corporation Hollow fiber membrane module with covered membrane outer periphery
US20110301027A1 (en) * 2008-12-19 2011-12-08 Sca Hygiene Products Ab Superabsorbent polymer composite comprising a superabsorbent polymer and cellulosic nanofibrils
TW201408761A (zh) * 2012-08-24 2014-03-01 Nat Univ Tsing Hua 兼具超疏水及超親油功能的複合物
CN106362492A (zh) * 2016-09-28 2017-02-01 陕西科技大学 一种纤维素基生物可降解型空气过滤材料的制备方法
CN106414614A (zh) * 2014-05-28 2017-02-15 索尔巴吸收器股份有限公司 用于从作物残余物制备超吸收性粒料和/或纤维材料的方法
CN106883588A (zh) * 2017-02-28 2017-06-23 华南理工大学 一种用于油水分离超疏水丝瓜络及其制备方法
CN106994332A (zh) * 2017-06-01 2017-08-01 嘉兴学院 木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用
US20170245438A1 (en) * 2016-02-25 2017-08-31 Midwest Organics Inc. Fine Particulate Compositions Comprising Non-Composted Coconut Coir Pith and Process for Their Preparation
US20170313838A1 (en) * 2014-10-30 2017-11-02 Cellutech Ab Cnf cellular solid material with anionic surfactants
CN108822333A (zh) * 2018-06-29 2018-11-16 湖南农业大学 一种疏水-超亲油海绵及其制备方法和应用
CN109174024A (zh) * 2018-09-17 2019-01-11 内蒙古科技大学 吸附材料的制备方法和吸附材料的使用方法
CN109569028A (zh) * 2018-11-22 2019-04-05 江苏理工学院 一种利用可再生植物原料制备油水分离材料的方法
CN109718604A (zh) * 2019-01-08 2019-05-07 福建师范大学 一种生物基滤芯的制备方法
CN109876542A (zh) * 2019-04-01 2019-06-14 三门峡朝阳环保滤材有限公司 一种植物果壳滤料及其制作工艺
CN110498639A (zh) * 2019-07-25 2019-11-26 南开大学 一种具有快速滤水功能的砂基材料的制备方法
CN111250051A (zh) * 2020-01-19 2020-06-09 南开大学 一种农业废弃物在油水分离中的应用

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB897299A (en) * 1957-12-24 1962-05-23 Robert Amon Improvements in or relating to method and apparatus for impregnating sponge-like articles
SE9901825D0 (sv) * 1999-05-20 1999-05-20 Amersham Pharm Biotech Ab Foamed material filled with inner material
CN101264436A (zh) * 2008-03-18 2008-09-17 上海大学 丝瓜络作为吸附剂在金属离子吸附中的应用
US20110062074A1 (en) * 2008-06-04 2011-03-17 Asahi Kasei Chemicals Corporation Hollow fiber membrane module with covered membrane outer periphery
US20110301027A1 (en) * 2008-12-19 2011-12-08 Sca Hygiene Products Ab Superabsorbent polymer composite comprising a superabsorbent polymer and cellulosic nanofibrils
TW201408761A (zh) * 2012-08-24 2014-03-01 Nat Univ Tsing Hua 兼具超疏水及超親油功能的複合物
CN106414614A (zh) * 2014-05-28 2017-02-15 索尔巴吸收器股份有限公司 用于从作物残余物制备超吸收性粒料和/或纤维材料的方法
US20170313838A1 (en) * 2014-10-30 2017-11-02 Cellutech Ab Cnf cellular solid material with anionic surfactants
US20170245438A1 (en) * 2016-02-25 2017-08-31 Midwest Organics Inc. Fine Particulate Compositions Comprising Non-Composted Coconut Coir Pith and Process for Their Preparation
CN106362492A (zh) * 2016-09-28 2017-02-01 陕西科技大学 一种纤维素基生物可降解型空气过滤材料的制备方法
CN106883588A (zh) * 2017-02-28 2017-06-23 华南理工大学 一种用于油水分离超疏水丝瓜络及其制备方法
CN106994332A (zh) * 2017-06-01 2017-08-01 嘉兴学院 木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用
CN108822333A (zh) * 2018-06-29 2018-11-16 湖南农业大学 一种疏水-超亲油海绵及其制备方法和应用
CN109174024A (zh) * 2018-09-17 2019-01-11 内蒙古科技大学 吸附材料的制备方法和吸附材料的使用方法
CN109569028A (zh) * 2018-11-22 2019-04-05 江苏理工学院 一种利用可再生植物原料制备油水分离材料的方法
CN109718604A (zh) * 2019-01-08 2019-05-07 福建师范大学 一种生物基滤芯的制备方法
CN109876542A (zh) * 2019-04-01 2019-06-14 三门峡朝阳环保滤材有限公司 一种植物果壳滤料及其制作工艺
CN110498639A (zh) * 2019-07-25 2019-11-26 南开大学 一种具有快速滤水功能的砂基材料的制备方法
CN111250051A (zh) * 2020-01-19 2020-06-09 南开大学 一种农业废弃物在油水分离中的应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOWUZHAO: "Eco-friendly separation layers based on waste peanut shell for gravity-driven water-in-oil emulsion separation", 《JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION》 *
徐显雨等: "超疏水超亲油氧化硅/海绵的制备及其油水分离性能", 《材料保护》 *
程莹: "纤维素粉末对油液介质吸附性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112023526B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208406263U (zh) 一种便于更换滤网的污水处理装置
Kumar et al. Biosorption: The removal of toxic dyes from industrial effluent using phytobiomass-A review
CN112023526B (zh) 一种天然海绵状滤芯的制备方法及其在水处理中的应用
US20150367267A1 (en) Filtering methods for fluids and devices for carrying out said methods
CN110040907A (zh) 一种去除水产养殖废水中氮磷的生态系统
CN204134360U (zh) 一种聚结与真空滤油机装置
CN111250051A (zh) 一种农业废弃物在油水分离中的应用
CN110508051A (zh) 一种过滤-压榨一体化的水体悬浮物去除装置
Liu et al. Ultrafiltration and microfiltration membrane performance, cleaning, and flux recovery for microalgal harvesting
CN214937152U (zh) 一种适用于海藻肥的藻红素提取装置
CN103966079A (zh) 一种微藻集成装置及方法
CN101596379A (zh) 一种荷正电荷过滤材料的制备方法及其应用
CN208022852U (zh) 米粉原料洗涤水处理池
CN110357974A (zh) 一种葛根淀粉快速渣浆分离的方法
CN206915880U (zh) 一种新型净水器滤芯
CN205076935U (zh) 无菌海水制备装置
CN112194301A (zh) 一种户外雨水收集用过滤装置
CN205152172U (zh) 一种茶油压榨提取装置
CN111533615A (zh) 一种修复高含油黏土的组合物及其修复方法
CN220223922U (zh) 一种基于生物滤床的河道过滤装置
CN204522454U (zh) 一种污水一体化处理设备
KR101432802B1 (ko) 친환경소재를 이용하는 흡착제 및 이의 제조방법
CN217698196U (zh) 一种用于污泥处理的过滤除杂装置
CN207685089U (zh) 一种新型固液分离机
CN211621692U (zh) 一种可处理漂浮物的生态湖泊结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant