CN112723458A - 基于混凝土废料的油水分离破乳方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于混凝土废料的油水分离破乳方法，所述方法包括：(1)对混凝土废料进行破碎，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒；(2)将所述混凝土废料颗粒置于过滤器内形成过滤材料，将油水混合物通过所述过滤材料，实现油水分离。本发明所涉及的材料制备方法易于实现，生产过程中绿色环保，具有良好的经济效益。本发明是以混凝土废料为基底材料，将建筑混凝土废料重新利用，既解决了建筑废料难以处理的问题，保护了环境，还将上述建筑废料应用于油水分离破乳的领域，实现了“固废利用”的目的。

Description

基于混凝土废料的油水分离破乳方法

技术领域

本发明属于油水分离方法技术领域，具体涉及一种基于混凝土废料的油水分离破乳方法。

背景技术

水泥的性能和混凝土的耐久性在一定程度上与建筑物的使用寿命有着密切的关系。当建筑物达到所需的设计使用寿命时，应采取足够的措施来保护每个结构元素免受相关的环境影响。中国一般建筑物的设计寿命为50至100年。通常，当建筑物达到退休寿命时，应将其报废并重建。无论是维修还是重建，老化的建筑物通常是一个棘手的问题，在过程结束时会留下大量的混凝土废料。以前，由于对混凝土废料的处置缺乏适当的法规，混凝土废料往往无法得到有效处置，尤其是在郊区，这可能会导致水污染和火灾。随着环境保护意识的增强，混凝土废料管理、运输和回收领域已经引起全世界关注。混凝土废料再利用已成为生产过程的一部分。废弃建筑材料的回收在废物处理中具有实际应用价值，这意味着可以从混凝土废料中提取物质以用作原材料或其他用途。回收来自陶瓷行业或水泥行业的原材料可以为资源优化提供长远的利益。

由于化学和石油工业的迅猛发展，每天有大量的油水混合物被作为废物直接排入土壤，河流和海洋，造成环境污染并威胁到人类和海洋生物。由于溢油的发生频率和产生的含油工业废水数量的增加，油水分离已经成为全世界理论和实践研究的主题。其中，乳化液作为一种特殊的油水混合物，由于其分散相粒径小，仅有微米到纳米级，并且稳定的存在于连续相中，非常难以分离，因此乳化液的油水分离破乳成为了油水分离项目的一个棘手问题。因此，实现高效、快速和低成本油水混合物的分离破乳非常重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种环保、可靠、成本低的油水分离破乳方法，以应用于各类油水混合物，其能够便捷、迅速、无污染的进行油水分离破乳。本发明不仅对于混凝土废料回收利用提供了一种解决方案，还有助于处理废弃油水混合物的污染情况，实现油水分离破乳的效果，达到了固体废料回收利用的目的。

本发明提出了一种基于混凝土废料的油水分离破乳方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)对混凝土废料进行破碎，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒；

(2)将所述混凝土废料颗粒置于过滤器内形成过滤材料，将油水混合物通过所述过滤材料，以便实现油水分离。

根据本发明实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法，粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒形成过滤材料，由于过滤材料对油水混合物(即乳化液)两相的润湿性不同，上述油水混合物中的水相会被吸附在过滤材料中，而油相则不被吸附可以从过滤材料的空隙中通过。上述油水混合物中的水相在上述过滤材料中吸附并聚结，上述乳化液中的油相作为连续相流出，进而实现油水分离，油水分离效率(过滤除去的水占过滤前油水混合物中水的比例)达到98.5％以上。本发明的油水分离破乳方法可以实现高效快速的油水分离破乳效果，原材料制备流程简易，来源广泛，油水分离操作简单，成本较低，有利于广泛的工业应用前景。本发明是以混凝土废料为基底材料，将建筑混凝土废料重新利用，既解决了建筑废料难以处理的问题，保护了环境，还将上述建筑废料应用于油水分离破乳的领域，实现了“固废利用”的目的。

另外，根据本发明上述实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述混凝土废料颗粒的粒径为50-500μm。

在本发明的一些实施例中，步骤(1)还包括：采用筛网对破碎后的所述混凝土废料进行筛分，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒。

在本发明的一些实施例中，所述筛网的目数为32目-300目。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，将所述混凝土废料颗粒按照粒径从小到大的顺序自下至上放置于所述过滤器内，以便形成所述过滤材料。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述过滤材料的厚度为5mm-20mm。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述过滤器为玻璃微量砂芯过滤器。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述将油水混合物通过所述过滤材料时，采用负压抽滤。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述油水混合物中的油和水的重量比为(100-1000):1。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：(3)将步骤(2)使用后的所述过滤材料进行清洗，干燥，以便重新使用。由此，本发明使用过的混凝土废料颗粒可以在清洗后重新使用，并且仍可以保持良好的油水分离破乳效率，而且制备过程环保无污染，原材料为固体废料，有利于环境保护。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法的流程图。

图2是根据本发明再一个实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法的流程图。

图3是根据本发明实施例的混凝土废料颗粒油水分离装置使用图。

图4是实施例1的用混凝土废料颗粒破乳前后乳化液的光学显微镜照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

发明人发现，超润湿性过滤器对水和油具有独特的选择性。然而，为了实现基于水的乳化液的有效分离，通过“拦截效应”实现的破乳过滤器要求过滤器孔径必须小于乳化液液滴的孔径，这会导致孔径随过滤逐渐堵塞并大大限制其分离性能。使用特殊的可润湿性颗粒作为过滤器的过滤器元件易于清洗和更换。超疏水-亲油性石英砂滤池具有良好的破乳作用。除表面改性的石英砂颗粒外，在油下具有超强亲水性的盐颗粒滤池也具有良好的破乳作用。亲水/亲油性磁性Janus颗粒也已显示可用于有效的油水分离。因此基于混凝土废料本身具有的对不同液体选择性润湿性差异，可以将其应用到油水分离领域。

有鉴于此，本发明提出了一种基于混凝土废料的油水分离破乳方法。根据本发明的实施例，参考附图1，所述方法包括：

S100：对混凝土废料进行破碎

在该步骤中，将块状建筑混凝土废料作为基底材料，通过粉碎机或者研磨的方式将其粉碎，得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒，作为过滤材料。发明人发现，如果混凝土废料颗粒的粒径大于500μm，则油水分离的效率会迅速降低(低于95％)直至失效，不能实现预期的油水分离破乳的效果。

在本发明的一个实施例中，所述混凝土废料颗粒的粒径为50-500μm。由此，可以实现分离效率在98.5％以上的油水分离破乳良好效果，并且将混凝土废料粉碎为该粒径的成本较低，是权衡破乳效果和制备过滤材料成本的一个优选方案。

在本发明的再一个实施例中，该步骤还包括：采用筛网对破碎后的所述混凝土废料进行筛分，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒。在本发明的实施例中，上述筛网的网眼目数没有特别限定，可以依据需要的粒径进行调整，作为一种优选的方案，所述筛网的目数为32目-300目。发明人发现，使用32目的筛网可以获得粒径500μm以下的颗粒，使用80目的筛网可以获得粒径200μm以下的颗粒，使用160目的筛网可以获得粒径100μm以下的颗粒，使用300目的筛网可以获得粒径50μm以下的颗粒。

在本发明的实施例中，上述筛网的具体材质也不受特别限定，本领域人员可根据实际情况随意选择，但优选为耐久性好、目数准确的金属筛。

在本发明的实施例中，上述粉碎机的型号并没有特别的限定，只要能将块状混凝土废料粉碎至微米级即可，优选220V合金钢粉碎机。

S200：将所述混凝土废料颗粒置于过滤器内形成过滤材料，将油水混合物通过所述过滤材料

在该步骤中，将上述粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒置于过滤器内，并放在过滤器中压紧压实形成过滤材料，由于过滤材料对油水混合物(即乳化液)两相的润湿性不同，上述油水混合物中的水相在过滤材料中聚结破乳，使上述乳化液中的油相作为连续相流出，而水相则聚结在上述过滤材料中，进而实现油水分离。

在本发明的实施例中，上述混凝土废料颗粒的放置方式并不受特别的限定，本领域人员可根据实际需要随意放置，既可以将所述混凝土废料颗粒按照粒径从小到大的顺序自下至上放置于所述过滤器内，也可以将不同粒径的混凝土废料颗粒混合放置于所述过滤器内，作为一种优选的方案，将所述混凝土废料颗粒按照粒径从小到大的顺序自下至上放置于所述过滤器内，以便形成所述过滤材料。由此，在相同粒径和比例的混凝土废料颗粒放置方法中，该方法可以实现过滤速度最快、油水分离效率最高的技术效果。

在本发明的一个实施例中，所述过滤材料的厚度为5mm-20mm。该厚度为发明人探索到的最优厚度范围，该厚度下具有最好的油水分离效率，并且对抽滤的压力差需求较低(≤0.06Mpa)。如果所述过滤材料的厚度小于5mm，则油水分离效率迅速会迅速降低，无法实现油水分离破乳的效果；如果所属的过滤材料厚度大于20mm，则过滤的流量会迅速降低，将会需要更大的压力差才能使油水混合物通过过滤材料，会显著提升过滤成本。

作为一个具体示例，上述的不同的粒径、厚度进行组合叠放为选自50μm(5mm)、50μm(10mm)、50μm(15mm)、50μm(20mm)、100μm(5mm)、100μm(10mm)、100μm(15mm)、100μm(20mm)、200μm(5mm)、200μm(10mm)、200μm(15mm)、200μm(20mm)、500μm(5mm)、500μm(10mm)、500μm(15mm)、500μm(20mm)、50μm(5mm)+100μm(5mm)、50μm(10mm)+100μm(10mm)、50μm(10mm)+100μm(5mm)、50μm(5mm)+100μm(10mm)、50μm(5mm)+200μm(5mm)、50μm(10mm)+200μm(10mm)、50μm(10mm)+200μm(5mm)、50μm(5mm)+200μm(10mm)、50μm(5mm)+500μm(5mm)、50μm(10mm)+500μm(10mm)、50μm(10mm)+500μm(5mm)、50μm(5mm)+500μm(10mm)中的至少一种，其中括号内为厚度，括号外为粒径，加号表示前后两者组合使用。

在本发明的实施例中，将混凝土颗粒进行组合叠放的方法没有特别的要求，只要其能够在充分均匀的分层填充过滤装置的基础上，使用任何不破坏过滤材料物理结构且不与过滤材料发生反应的仪器压实即可。在一些具体实施方案中，本发明将过滤材料为所述不同的粒径、厚度的混凝土废料颗粒逐层叠放于上述单接头上的滤杯中，用玻璃棒轻轻压实。

本发明所述的将所述乳化液中的分散相与所述不含分散相的液体部分分离过程，对于分散时的状态没有特别限制，只要其能够根据待处理的油水混合物分离破乳的需求，满足对应需要的过滤方式进行调节即可。在一些具体实施方案中，本发明的过滤仪器使用玻璃微量砂芯过滤器，还包括滤杯、球磨夹、单接头和接收瓶，如图3所示。

在本发明的实施例中，本发明的过滤方式可以为重力作用下的过滤，也可以为施加负压抽滤，优选施加负压抽滤，更优选施加0.06MPa的负压抽滤。

在本发明的实施例中，作为过滤对象的油水混合物没有特别限制，例如可以从石油产业、机械产业、化妆品制造业、或者受油污染的水体等其他所有需要油水分离破乳的环境中获得。在一些具体的实施方案中，油水混合物中构成成分中的油相包括但不限于：石油产品(汽油、煤油、机油、癸烷、正十四烷、石油醚、苯、甲苯、二氯甲烷等)、天然石油、食用油等。

在本发明的实施例中，对于油水混合物中的各相的分散状态没有明确的限制。在一些具体的实施方案中，用来油水分离破乳的油水混合物可以全部为乳化液，并且对于分散相的比例以及粒径没有明确的限制。在更进一步的具体实施方案中，所述油水混合物中的油和水的重量比为(100-1000):1。

进一步地，参考附图2，所述方法进一步包括：

S300：将步骤S200使用后的所述过滤材料进行清洗，干燥

在该步骤中，将步骤S200使用后的所述过滤材料进行清洗，干燥，以便重新使用。由此，本发明使用过的混凝土废料颗粒可以在清洗后重新使用，并且仍可以保持良好的油水分离破乳效率，而且制备过程环保无污染，原材料为固体废料，有利于环境保护。

根据本发明实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法，粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒形成过滤材料，通过过滤材料对油水混合物(即乳化液)两相的润湿性不同，上述油水混合物中的水相在过滤材料中聚结破乳，使上述乳化液中的油相作为连续相流出，而水相则聚结在上述过滤材料中，进而实现油水分离，油水分离效率(过滤除去的水占过滤前油水混合物中水的比例)达到98.5％以上。本发明的油水分离破乳方法可以实现高效快速的油水分离破乳效果，原材料制备流程简易，来源广泛，油水分离操作简单，成本较低，有利于广泛的工业应用前景。本发明是以混凝土废料为基底材料，将建筑混凝土废料重新利用，既解决了建筑废料难以处理的问题，保护了环境，还将上述建筑废料应用于油水分离破乳的领域，实现了“固废利用”的目的。

根据本发明实施例的基于混凝土废料的油水分离破乳方法至少具有如下优点之一：

(1)混凝土废料颗粒对于油和水具有不同的润湿性，因此本发明的油水分离破乳方法可以广泛的用于各类油水混合物的分离，并且不受限于是否存在乳化液，不限于油的种类。

(2)本发明的油水分离破乳方法可以实现高效快速的油水分离破乳效果，原材料制备流程简易，来源广泛，油水分离操作简单，成本较低，有利于广泛的工业应用前景。

(3)本发明使用的混凝土废料颗粒可以在清洗后重新使用，并且仍可以保持良好的油水分离破乳效率，而且制备过程环保无污染，原材料为固体废料，有利于环境保护。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

将块状建筑混凝土废料作为基底材料，通过粉碎机将其粉碎，再通过金属筛将其筛分，得到粒径为50μm的混凝土废料颗粒。

在100ml正癸烷和1ml水的混合物中，加入50μL span80表面活性剂，在500r/min转速下高速搅拌5min形成油包水乳化液。用粒径为50μm的废料颗粒在单接头上的滤杯中平铺为10mm厚度的过滤材料，并用玻璃棒轻轻压实。在接收瓶中连接真空泵，使接收瓶与滤杯中形成0.06MPa的压力差，将上述油包水乳化液沿玻璃棒缓缓倒入滤杯中，从而使上述乳化液中的水相在过滤材料中聚结破乳，使上述乳化液中的油相作为连续相流出，油水分离效率(过滤除去的水占过滤前油水混合物中水的比例)为98.5％。图4为该实施例的破乳前后乳化液的光学显微镜照片，其中左侧为破乳前的乳化液的光学显微镜照片，右侧为破乳后的乳化液的光学显微镜照片，从该图中可以看出破乳前乳化液中存在大量的乳化水滴，而过滤后的破乳滤液则非常清澈，基本没有乳化水滴，实现了油水分离破乳。

对所得聚结破乳的过滤材料，使用超纯水，无水乙醇，依次进行清洗，烘干，以回收过滤材料，得到可重复使用的油水分离破乳过滤材料。

实施例2

将块状建筑混凝土废料作为基底材料，通过粉碎机将其粉碎，再通过金属筛将其筛分，得到粒径为100μm的混凝土废料颗粒。

在100ml石油醚和1ml水的混合物中，加入50μL span80表面活性剂，在500r/min转速下高速搅拌5min形成油包水乳化液。用粒径为100μm的废料颗粒在单接头上的滤杯中平铺为20mm厚度的过滤材料，并用玻璃棒轻轻压实。在接收瓶中连接真空泵，使接收瓶与滤杯中形成0.06MPa的压力差，将上述油包水乳化液沿玻璃棒缓缓倒入滤杯中，从而使上述乳化液中的水相在过滤材料中聚结破乳，使上述乳化液中的油相作为连续相流出，油水分离效率为99.4％。

对所得聚结破乳的过滤材料，使用超纯水，无水乙醇，依次进行清洗，烘干，以回收过滤材料，得到可重复使用的油水分离破乳过滤材料。

实施例3

将块状建筑混凝土废料作为基底材料，通过粉碎机将其粉碎，再通过金属筛将其筛分，分别得到粒径为50μm和100μm的混凝土废料颗粒。

在100ml正十四烷和1ml水的混合物中，加入50μL span80表面活性剂，在500r/min转速下高速搅拌5min形成油包水乳化液。用粒径为50μm的废料颗粒在单接头上的滤杯中平铺为5mm厚度的过滤材料，在其上层继续用粒径为100μm的废料颗粒在单接头上的滤杯中平铺为5mm厚度的过滤材料，总厚度为10mm，并用玻璃棒轻轻压实。在接收瓶中连接真空泵，使接收瓶与滤杯中形成0.06MPa的压力差，将上述油包水乳化液沿玻璃棒缓缓倒入滤杯中，从而使上述乳化液中的水相在过滤材料中聚结破乳，使上述乳化液中的油相作为连续相流出，油水分离效率为99.2％。

对所得聚结破乳的过滤材料，使用超纯水和无水乙醇依次进行清洗，烘干，以回收过滤材料，得到可重复使用的油水分离破乳过滤材料。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于混凝土废料的油水分离破乳方法，其特征在于，包括：

(1)对混凝土废料进行破碎，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒；

(2)将所述混凝土废料颗粒置于过滤器内形成过滤材料，将油水混合物通过所述过滤材料，以便实现油水分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混凝土废料颗粒的粒径为50-500μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：采用筛网对破碎后的所述混凝土废料进行筛分，以便得到粒径不大于500μm的混凝土废料颗粒。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述筛网的目数为32目-300目。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述混凝土废料颗粒按照粒径从小到大的顺序自下至上放置于所述过滤器内，以便形成所述过滤材料。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述过滤材料的厚度为5mm-20mm。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述过滤器为玻璃微量砂芯过滤器。

8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述将油水混合物通过所述过滤材料时，采用负压抽滤。

9.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述油水混合物中的油和水的重量比为(100-1000):1。

10.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

(3)将步骤(2)使用后的所述过滤材料进行清洗，干燥，以便重新使用。

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