CN113683158A - 一种基于复合材料的油水分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于复合材料的油水分离装置，包括过滤桶，所述过滤桶中部设置有倒锥形的支撑网，所述支撑网中部设置有固定柱，所述固定柱与支撑网之间设置有螺旋导流板，所述螺旋导流板内侧与固定柱固定连接，所述螺旋导流板外侧与支撑网接触设置，所述支撑网上包覆有第一油水分离膜，所述第一油水分离膜位于支撑网与螺旋导流板之间，所述过滤桶顶部设置有进液口，所述支撑网内底部设置有第一出液管，所述过滤桶底部设置有第二出液管。其结构简单，采用第一油水分离膜对油水进行分离，同时采用螺旋通道利用混合物自身的重力使其与第一油水分离膜充分接触，提高了油水分离效率，节约了能源。

Description

一种基于复合材料的油水分离装置
技术领域
本发明涉及环境处理技术领域，尤其涉及一种基于复合材料的油水分离装置。
背景技术
海上采油不断增多以及石油相关行业不断发展，原油泄漏混入海水的现象越来越普遍，这对水体产生了不利的影响。当被污染的水体被鱼类吸入从而进入食物链，必然会对人类的健康造成威胁，更严重的是随着油水混合物的含量持续增加甚至超过了环境的自我调节能力，必定会对环境产生不可逆的影响。因此，处理油水混合物，将油与海水进行分离是非常必要的。
发明内容
本发明旨在提供一种基于复合材料的油水分离装置，很好的解决了上述问题，其结构简单，采用第一油水分离膜对油水进行分离，同时采用螺旋通道利用混合物自身的重力使其与第一油水分离膜充分接触，提高了油水分离效率，节约了能源。
本发明的技术方案是一种基于复合材料的油水分离装置，包括过滤桶，所述过滤桶中部设置有倒锥形的支撑网，所述支撑网中部设置有固定柱，所述固定柱与支撑网之间设置有螺旋导流板，所述螺旋导流板内侧与固定柱固定连接，所述螺旋导流板外侧与支撑网接触设置，所述支撑网上包覆有第一油水分离膜，所述第一油水分离膜位于支撑网与螺旋导流板之间，所述过滤桶顶部设置有进液口，所述支撑网内底部设置有第一出液管，所述过滤桶底部设置有第二出液管。
进一步的，所述过滤桶顶部设置有桶盖，所述固定柱与桶盖中部固定连接。
进一步的，所述进液口连接有进液管，所述进液管与螺旋导流板相切设置，所述进液管上连接有进液泵。
进一步的，所述支撑网顶部与过滤桶顶部固定连接。
进一步的，所述第一油水分离膜为MOFs油水分离膜，优选为亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜。
进一步的，所述第一油水分离膜采用疏水性纳米二氧化硅或纳米二氧化钛制备的油墨通过3D打印技术得到。
进一步的，所述第二出液管连接有第三出液管和第四出液管，所述第三出液管和第四出液管上均设置有阀门。
进一步的，所述第三出液管和第四出液管上还设置有镇流桶。
进一步的，所述第三出液管和第四出液管均连接有储油桶。
进一步的，所述第一出液管位于支撑网内的管口上包覆有第二油水分离膜，第二油水分离膜与第一油水分离膜的亲疏性相反。
本发明的有益效果是：
1).本发明采用第一油水分离膜对油水混合物进行油水分离，如亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜，“毛刷”连续收集油滴，曲率不同使得油滴会受到一个指向其内核的驱动力，并自发将油滴驱动至中空的MOFs进行储存，露出的疏水链表面则会持续下一个集油循环，从而实现连续的油水分离，最终实现“边收集边驱动”的这一智能循环模式；
2).在过滤桶中设计了倒锥形支撑网和螺旋导流板，支撑网用对第一油水分离膜的支撑，避免其在油水混合液的冲击下脱落等，螺旋导流板位于支撑网内部，使油水混合液进入过滤桶内时，在自身重力的作用下，沿着螺旋导流板向下流动，在流动的过程中不断与侧壁的第一油水分离膜接触，进行油水分离，从而起到过滤效果，同时支撑网采用倒锥形结构，由上至下容积逐渐变小，由上至下增大油水混合液与侧壁接触的几率，使油水混合液均能与第一油水分离膜接触，达到油水分离过滤的目的，倒锥形的支撑网和螺旋导流板结构，使油水混合物在离心力的作用下更容易与第一油水分离膜接触，同时接触面积比一般的过滤装置接触面积更大。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的立体结构示意图；
图2为本发明第一种实施例的剖面结构示意图；
图3为本发明第二种实施例的结构示意图；
图中：1、过滤桶；2、支撑网；3、固定柱；4、螺旋导流板；5、第一油水分离膜；6、进液口；7、第一出液管；8、第二出液管；9、桶盖；10、进液管；11、进液泵；12、第三出液管；13、第四出液管；14、阀门；15、镇流桶；16、储油桶。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：如图1-2所示，本发明提供了一种基于复合材料的油水分离装置，包括过滤桶1，所述过滤桶1中部设置有倒锥形的支撑网2，所述支撑网2中部设置有固定柱3，所述固定柱3与支撑网2之间设置有螺旋导流板4，所述螺旋导流板4内侧与固定柱3固定连接，所述螺旋导流板4外侧与支撑网2接触设置，所述支撑网2上包覆有第一油水分离膜5，所述第一油水分离膜5位于支撑网2与螺旋导流板4之间，所述过滤桶1顶部设置有进液口6，所述支撑网2内底部设置有第一出液管7，所述过滤桶1底部设置有第二出液管8。
所述过滤桶1顶部设置有桶盖9，所述固定柱3与桶盖9中部固定连接。所述支撑网2顶部与过滤桶1顶部固定连接。进液口6可以在桶盖9上，也可以在过滤桶1上部的桶壁上。
即过滤桶1的主体与支撑网2固定连接，桶盖9筒盖固定柱3与螺旋导流板4固定连接，而支撑网2与螺旋导流板4可以自由分离。使用时，先将第一油水分离膜5铺设在支撑网2内部，然后盖上桶盖9，螺旋导流板4正好压在第一油水分离膜5上，防止第一油水分离膜5移位，且若第一油水分离膜5损坏，也可以直接取出桶盖9，更换第一油水分离膜5，再盖上桶盖9即可。
具体的，所述第一油水分离膜5为亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜，也可以为疏油亲水的聚合物毛刷三维MOFs膜。本实施例采用亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜，此时亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜将过滤桶1分为了支撑网2内部的油水混合液区域和支撑网2外部的集油区域。第二出液管8位于集油区域，第一出液管7位于油水混合液区域的底部。
其工作流程为：油水混合液从过滤桶1顶部的进液口6进入到支撑网2内部的油水混合液区域，油水混合液在自身重力的作用下向下流动，同时经过螺旋导流板4的导流，油水混合液与侧壁的第一油水分离膜5接触，混合液中的油液通过第一油水分离膜5进入到集油区域，而混合液中的水则继续向下流动，从底部的第一出液管7流出，而进入集油区域的油液则从第二出液管8流出，达到油水分离的目的。油水混合液在螺旋导流板4的作用下，旋转向下流动，在流动的过程中进行了油水分离，流到底部的液体，为进行油水分离后剩下的水液。
本实施例中采用亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜，“毛刷”连续收集油滴，曲率不同使得油滴会受到一个指向其内核的驱动力，并自发将油滴驱动至中空的MOFs进行储存，露出的疏水链表面则会持续下一个集油循环，从而实现连续的油水分离，最终实现“边收集边驱动”的这一智能循环模式；
现有的基于孔隙率，高疏水性和亲油性的制备多孔材料的传统方法通常需要在多种情况下对孔网中的微结构和纳米结构进行复杂的处理，从而使高疏水性膜的表面趋于形成不均匀的膜，毛孔及其机械稳定性较低。而本实施例使用简单且环保的油墨，例如疏水性纳米二氧化硅或纳米二氧化钛掺杂制备的PDMS(聚二甲基硅氧烷)油墨，然后使用常规3D技术对其进行配置以实现整洁的多孔结构，制备疏水性和超亲油性膜，最终用于分离油性和水性污染物(吕娟,3D打印超疏水超亲油多孔膜及其在油水分离中的应用,西南交通大学,2017)。纳米填料可以改变油墨的机械阻力，从而可以调整油墨的流变性能，以确保形成的多孔膜结构，可以实现疏水和亲油的PDMS膜，由此形成的超疏水表面成功地避免了涂层管机械稳定性低的问题。
实施例二：如图3所示，在实施例一的基础上，所述进液口6连接有进液管10，所述进液管10与螺旋导流板4相切设置，所述进液管10上连接有进液泵11。即进入过滤桶1的油水混合液的流向与倒锥形的支撑网2相切，使油水混合液沿着支撑网2的侧壁流动，使其充分的与第一油水分离膜5接触，进行油水分离，进一步的提高了油水分离效率和分离效果。
所述第二出液管8连接有第三出液管12和第四出液管13，所述第三出液管12和第四出液管13上均设置有阀门14。所述第三出液管12和第四出液管13上还设置有镇流桶15。所述第三出液管12和第四出液管13均连接有储油桶16。进液管10与进液口6之间、镇流桶15与储油桶16之间还设置有软管，方便其进行连接和拆卸。第二出液管8分流出了第三出液管12和第四出液管13，主要是为了防止收集的油液过多，造成管路的堵塞，可以根据油液的多少和堵塞情况，开闭不同管路的阀门14。镇流桶15用于减小液体的流速，避免因液体流速过快，冲开连接头的情况。
具体的工作流程为：油水混合液从进液管10流进过滤桶1，油水混合液在自身重力的作用下，沿着螺旋导流板4流动，使其充分与侧壁的第一油水分离膜5接触，进行油水分离，当第一油水分离膜5为亲油疏水的第一油水分离膜5时，分离后的油液进入支撑网2外部过滤桶1内，油液从第二出液管8流出，最终经过第三出液管12或者第四出液管13进入到储油桶16中，而分离后的水继续向下流动，最终从底部的第一出液管7流出。
当支撑网2上的第一油水分离膜5为亲油疏水的第一油水分离膜5时，所述第一出液管7位于支撑网2内的管口上可以包覆亲水疏油的第二油水分离膜，防止未充分过滤的油液进入第一出液管7，随着水排出，进一步保证了过滤的效果。这里的亲水疏油膜可以采用已经披露的常规亲水疏油膜，例如TiO2/SiO2双层膜，掺杂亲水的无机纳米SiO2颗粒和疏油改性的无机纳米SiO2颗粒的亲水疏油膜TiO2 NPs/PVP-SS油水分离膜等。
当然支撑网2上的第一油水分离膜5也可以为亲水疏油的第一油水分离膜5，此时进入支撑网2外部的过滤桶1中的为水，水从第二出液管8排出，而随着螺旋导流板4向下流动，随着第一出液管7排出的为油液，此时第一出液管7位于支撑网2内的管口上可以包覆亲油疏水的第二油水分离膜。
本发明其结构简单，主要应用于油水分离，除了进液泵11无其他动力，且也可以采用油水混合液自然流入的方式，进液泵11也可取消，采用纯重力的方式进行工作，进一步节约了能源。
本发明采用第一油水分离膜5对油水混合物进行油水分离，如亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜，“毛刷”连续收集油滴，曲率不同使得油滴会受到一个指向其内核的驱动力，并自发将油滴驱动至中空的MOFs进行储存，露出的疏水链表面则会持续下一个集油循环，从而实现连续的油水分离，最终实现“边收集边驱动”的这一智能循环模式；在过滤桶1中设计了倒锥形支撑网2和螺旋导流板4，支撑网2用对第一油水分离膜5的支撑，避免其在油水混合液的冲击下脱落等，螺旋导流板4位于支撑网2内部，使油水混合液进入过滤桶1内时，在自身重力的作用下，沿着螺旋导流板4向下流动，在流动的过程中不断与侧壁的第一油水分离膜5接触，进行油水分离，从而起到过滤效果，同时支撑网2采用倒锥形结构，由上至下容积逐渐变小，由上至下增大油水混合液与侧壁接触的几率，使油水混合液均能与第一油水分离膜5接触，达到油水分离过滤的目的，倒锥形的支撑网2和螺旋导流板4结构，使油水混合物在离心力的作用下更容易与第一油水分离膜5接触，同时接触面积比一般的过滤装置接触面积更大。
本发明采用第一油水分离膜5对油水进行分离，同时采用螺旋通道利用混合物自身的重力使其与第一油水分离膜5充分接触，提高了油水分离效率，节约了能源。
当然，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，熟悉本领域的技术人员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 (10)

1.一种基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：包括过滤桶(1)，所述过滤桶(1)中部设置有倒锥形的支撑网(2)，所述支撑网(2)中部设置有固定柱(3)，所述固定柱(3)与支撑网(2)之间设置有螺旋导流板(4)，所述螺旋导流板(4)内侧与固定柱(3)固定连接，所述螺旋导流板(4)外侧与支撑网(2)接触设置，所述支撑网(2)上包覆有第一油水分离膜(5)，所述第一油水分离膜(5)位于支撑网(2)与螺旋导流板(4)之间，所述过滤桶(1)顶部设置有进液口(6)，所述支撑网(2)内底部设置有第一出液管(7)，所述过滤桶(1)底部设置有第二出液管(8)。
2.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述过滤桶(1)顶部设置有桶盖(9)，所述固定柱(3)与桶盖(9)中部固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述进液口(6)连接有进液管(10)，所述进液管(10)与螺旋导流板(4)相切设置，所述进液管(10)上连接有进液泵(11)。
4.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述支撑网(2)顶部与过滤桶(1)顶部固定连接。
5.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第一油水分离膜(5)为亲油疏水的聚合物毛刷三维MOFs膜。
6.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第一油水分离膜(5)采用疏水性纳米二氧化硅或纳米二氧化钛掺杂制备的油墨通过3D打印技术得到。
7.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第二出液管(8)连接有第三出液管(12)和第四出液管(13)，所述第三出液管(12)和第四出液管(13)上均设置有阀门(14)。
8.根据权利要求7所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第三出液管(12)和第四出液管(13)上还设置有镇流桶(15)。
9.根据权利要求7所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第三出液管(12)和第四出液管(13)均连接有储油桶(16)。
10.根据权利要求1所述的基于复合材料的油水分离装置，其特征在于：所述第一出液管(7)位于支撑网(2)内的管口上包覆有第二油水分离膜，第二油水分离膜与第一油水分离膜的亲疏性相反。
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