CN113896282B - 一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超疏油超亲水网膜技术领域，更具体的说是一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备，包括基座，以及固接在基座底部能够升降的支撑腿，以及安装在基座上且驱动方向包括垂直方向的直线驱动机构Ⅰ，以及安装在基座上且驱动方向与直线驱动机构Ⅰ的驱动方向垂直的直线驱动机构Ⅱ，以及安装在直线驱动机构Ⅰ上的收卷机构，以及一端固定在收卷机构上的超疏油超亲水网膜，以及一端与直线驱动机构Ⅱ固接的缆绳，所述缆绳另一端用于连接超疏油超亲水网膜的另一端。目的是可以利用超疏油超亲水网膜从水下进行油污去除。

Description

一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备

技术领域

本发明涉及超疏油超亲水网膜技术领域，更具体的说是一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备。

背景技术

水体油污的危害是多方面的，如在水面上形成油膜，能阻碍水体的复氧作用。油类粘附在鱼鳃上，可使鱼窒息。粘附在藻类、浮游生物上，可使他们死亡。油类会抑制水鸟产卵和孵化，破坏它们的羽毛的不浸水性能。油污还能使水产品品质劣化，并破坏海滨风景区和海滨浴场的旅游价值。海洋一旦受到油污污染，要经过数年之久，海区生物才能重新繁殖起来。国际上通用的清理石油泄漏的方法还有燃烧和放任。但是，燃烧的方法只适用于浮油厚度大于2毫米的事故，原理是，燃烧后海上会留下一种焦油球，油船再直接把这些球状物质打捞起来，这种做法可清除水面50％到90％左右的石油。这种做法的弊端是显而易见的，会引起大范围的空气污染，对于海洋生物的破坏性也非常大。放任适用于远离海岸和人类活动区的大洋中的原油泄漏，这种方法利用微生物使原油自然消解，但会扩大污染范围，尤其是对污染地区生物的破坏不容小觑。那么采用物理手段就显得尤为重要，随着各种超疏油/超亲水网膜技术的发展，其理想的油水分离表面，具有重大的应用价值，将它使用在水下油污去除具有积极意义。

发明内容

本发明提供一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备，目的是可以利用超疏油超亲水网膜从水下进行油污去除。

上述目的通过以下技术方案来实现：

一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备包括基座，以及固接在基座底部能够升降的支撑腿，以及安装在基座上且驱动方向包括垂直方向的直线驱动机构Ⅰ，以及安装在基座上且驱动方向与直线驱动机构Ⅰ的驱动方向垂直的直线驱动机构Ⅱ，以及安装在直线驱动机构Ⅰ上的收卷机构，以及一端固定在收卷机构上的超疏油超亲水网膜，以及一端与直线驱动机构Ⅱ固接的缆绳，所述缆绳另一端用于连接超疏油超亲水网膜的另一端。

附图说明

图1和图2显示了一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备整体结构；

图3显示了基座、支撑腿、轴Ⅰ、齿轮Ⅰ、电机Ⅰ和齿轮Ⅱ；

图4显示了中心座、键、齿条、键槽、轴座Ⅰ、电机Ⅱ、齿轮Ⅲ、伸缩杆Ⅰ、轴座Ⅱ、加强筋和加强杆；

图5显示了中心座和键；

图6显示了辊子、槽、基片和挂扣Ⅰ；

图7显示了轴Ⅱ、收卷盘、缆绳、挂扣Ⅱ、带轮、平台和电机Ⅲ；

图8显示了管、弯折段、连接架和伸缩杆Ⅱ。

具体实施方式

一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备，可以参看图1至3，包括基座11、直线驱动机构Ⅰ、直线驱动机构Ⅱ、超疏油超亲水网膜、收卷机构和缆绳53；

所述超疏油超亲水网膜可以是表面改性的网膜，如配置一种溶液，将溶液喷涂至基底表面，表面即为疏油/亲水；将二氧化钛颗粒添加至溶液中再喷涂，表面即为超疏油超亲水；具体不加以限制。

所述基座11可以安装在船体上；支撑腿12可以采用液压缸或电动缸；

所述直线驱动机构Ⅰ安装在基座11上且驱动方向包括垂直方向，用于驱动收卷机构进行升降，超疏油超亲水网膜的一端固接在收卷机构上，在收卷状态下进行下降进入水下，并位于油层下方；

所述直线驱动机构Ⅱ的驱动方向与直线驱动机构Ⅰ的驱动方向垂直；直线驱动机构Ⅱ用于驱动缆绳53水平运动，缆绳53的两端作为连接直线驱动机构Ⅱ与超疏油超亲水网膜的另一端，当收卷的超疏油超亲水网膜位于油层下方后，使直线驱动机构Ⅱ伸长，利用缆绳53将超疏油超亲水网膜展开，随后使支撑腿12伸长，超疏油超亲水网膜则将油水兜起，升至水面上后，水开始漏出，留下油污以便于回收。

进一步优化的，可以参看图4和图5，所述直线驱动机构Ⅰ包括中心座21、键22、齿条23、键槽24、电机Ⅱ26和齿轮Ⅲ27；

中心座21可以直接或间接的安装在基座11上，键22一体连接在中心座21上，键槽24设置在齿条23上，齿条23纵向滑动连接在中心座21上，键22滑动连接在键槽24内，电机Ⅱ26固接在中心座21上，齿轮Ⅲ27固接在电机Ⅱ26输出轴上，齿轮Ⅲ27与齿条23啮合传动；收卷机构可以安装在齿条23的底部；

当启动电机Ⅱ26带动齿轮Ⅲ27转动时，齿轮Ⅲ27能够带动齿条23升降，以使收卷机构实现升降；

进一步优化的，参看图6，所述收卷机构包括辊子41、槽42、基片43、挂扣Ⅰ44和轴Ⅱ51；

辊子41转动连接在轴座Ⅰ25上，槽42设置在辊子41上，槽42内设置弹力绳，弹力绳的一端与辊子41固接且另一端与基片43的底部固接，基片43设置在槽42内，挂扣Ⅰ44固结在弹力绳的另一端，所述超疏油超亲水网膜的右两端设置一排环Ⅰ，优选的至少在两个角落处各设置一个环Ⅰ，挂扣Ⅰ44的数量与环Ⅰ的数量对应，位置略对应，所述环Ⅰ能挂入挂扣Ⅰ44内，优选的当超疏油超亲水网膜展开时两个环Ⅰ的间距略大于两个挂扣Ⅰ44的间距，以使展开时能够形成兜状；优选的基片43通过螺钉固接在槽42内，螺钉根据需要能够拆卸；优选的，所述直线驱动机构Ⅰ前后对称设置有两个，以使辊子41更加平稳，辊子41转动连接在两个轴座Ⅰ25上。

使用时当超疏油超亲水网膜储量较少或造价较高时，卸下螺钉，根据所述网膜的强度选择对应强度的弹力绳进行保护，当超疏油超亲水网膜超过承载限度时，那么弹力绳先行损坏，以使超疏油超亲水网膜与收卷机构连接的一端脱落，避免升至水面上时因兜取到其他物质过重导致损坏，当强度足够时，或因使用需求展开面积小时，可以旋上螺钉使基片43完全固定，避免意外脱落。

进一步优化的，参看图4，所述直线驱动机构Ⅱ包括伸缩杆Ⅰ31、轴座Ⅱ32、加强筋33和加强杆34；参看图7，所述设备还包括轴Ⅱ51、收卷盘52、缆绳53、挂扣Ⅱ54、带轮55、平台56和电机Ⅲ57；

伸缩杆Ⅰ31的活动端朝左设置，伸缩杆Ⅰ31的外壳固接在中心座21上，轴座Ⅱ32固接在伸缩杆Ⅰ31活动端上，轴Ⅱ51转动连接在轴座Ⅱ32上，收卷盘52固接在轴Ⅱ51上，缆绳53的一端固接在收卷盘52上，缆绳53另一端固接有挂扣Ⅱ54，挂扣Ⅱ54的数量和位置与挂扣Ⅰ44的数量和位置对应，这个位置主要是在同一个垂直平面上，再利用新的缆绳53将挂扣Ⅱ54和环Ⅱ连接，所述环Ⅱ嵌固在所述网膜的左端，环Ⅰ和环Ⅱ的数量与位置对应；进一步的，所述直线驱动机构Ⅱ设有两个，进而轴Ⅱ51的两端分别转动连接在两个轴座Ⅱ32上增强稳定性；

当轴Ⅱ51转动，带动收卷盘52转动可以对收卷盘52上的缆绳53进行收放，进而连接挂扣Ⅱ54和挂扣Ⅰ44的缆绳53也可以收放，回收时，超疏油超亲水网膜左端受到拉力，辊子41随之转动，进而可以将在水下收卷的超疏油超亲水网膜进行展开，随后再使超疏油超亲水网膜右端升高，即使收卷机构升高，开始兜取液面上的油污；该固定网膜的方式便于网膜的拆卸和安装，便于更换和维护，并增强兜取时固定的强度，所述环Ⅰ和环Ⅱ优选采用钛合金；该收取油污的方式也便于确定收取位置，这是通过网膜左端可以先行升高漏出水面实现的，避免油污浮在水面上无法观察水下情况影响兜取位置的选择。

具体的，在两个伸缩杆Ⅰ31活动端的左侧固接平台56，电机Ⅲ57固接在平台56上，电机Ⅲ57的输出轴上和轴Ⅱ51上各固接一个带轮55，两个带轮55通过皮带传动连接；启动电机Ⅲ57则可使两个带轮55转动，那么轴Ⅱ51则可以转动。

进一步优化的，可以参看图8，所述设备还包括管61、弯折段62、连接架63和伸缩杆Ⅱ64；

管61纵向滑动连接在平台56上，连接架63固接在管61上，伸缩杆Ⅱ64的外壳固接在平台56上，所述伸缩杆Ⅱ64的活动端与连接架63固接；优选的，所述管61的底部设有弯折段62以使开口朝上其中，管61用于与可伸缩的软管连接，通过泵吸取网膜内兜取后的油污，此时吸取无水，无需后续水油分离，实际上也可以使整个设备升高，使网膜左高右低进行倾倒至船体上，但这需设置在落点处设置收集结构；在初始安装时平台56的安装优选采用可拆卸的方式，例如利用螺栓，螺栓穿过伸缩杆Ⅰ31的活动端通过螺母预紧，进而可以改变平台56在伸缩杆Ⅰ31活动杆上的位置，从而抽取油污时，使管61靠近网膜的中部，利于收集，实际上也可使管61下降地在网膜上，使网膜接触位置略形变将油污流至形变处收集，管61的底部开口朝上可以避免吸取网膜。伸缩杆Ⅰ31和伸缩杆Ⅱ64可以采取电动缸或液压缸。

进一步优化的，可以参看图3，所述设备还包括轴Ⅰ13、齿轮Ⅰ14、电机Ⅰ15和齿轮Ⅱ16；

轴Ⅰ13转动连接在座11的左侧，两个中心座21分别固接在轴Ⅰ13的前后两端，齿轮Ⅰ14固接在轴Ⅰ13上，电机Ⅰ15固接在基座11上，齿轮Ⅱ16固接在电机Ⅰ15的输出轴上，所述齿轮Ⅱ16与齿轮Ⅰ14啮合传动；

当启动电机Ⅰ15带动齿轮Ⅱ16转动，齿轮Ⅱ16带动齿轮Ⅰ14转动，齿轮Ⅰ14带动轴Ⅰ13转动，轴Ⅰ13带动中心座21转动，进而设备在使用后，可以使齿轮Ⅰ14升高，伸缩杆Ⅰ31回缩，管61升高，中心座21逆时针转动90度左右对各个延伸部分进行回收至船体上方或行进的延长方向上；

进一步优选的，将全氟烷酸与金属氢氧化物按摩尔比混合，制成预制溶液。以全氟辛酸PFO与氢氧化钠NaOH为例，将6.9g PFO加入100mL乙醇溶液中并充分搅拌溶解得到PFO乙醇溶液，将0.3g氢氧化钠缓慢加入PFO乙醇溶液中，充分搅拌至完全溶解，制得PFO-Na预混溶液备用。将PFO-Na预混溶液与PFO乙醇溶液按不同体积比进行混合，配制具有不同PFO-Na体积分数的混合溶液。所用玻璃基底分别用丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水反复清洗并烘干。将混合溶液均匀喷涂于充分清洗且干燥的玻璃基底上，喷枪压力约为100KPa，表面溶液喷涂密度约0.8mLcm-2，喷涂表面置于真空箱中30℃干燥12hrs，最终得到附着有PFO-Na的平整表面。在附着之前，首先将相应基底玻璃、织布、棉花和不锈钢网分别用丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水反复清洗并烘干。使用喷枪将所制备的全氟烷酸-金属阳离子-TiO2颗粒混合溶液均匀喷涂于硬质基底如不锈钢网表面上，喷枪压力约为100KPa，表面溶液喷涂密度约0.8mL cm-2，然后将表面置于30℃真空干燥箱中充分干燥。将清洗并干燥后软质基底，如织布、棉花和海绵，浸入制备全氟烷酸-金属阳离子-TiO2颗粒混合溶液中，超声波震荡30min，取出后至于40℃真空干燥箱中干燥24hrs，直至溶剂完全挥发。

Claims (4)

1.一种基于超疏油超亲水网膜水下油污去除设备，包括基座(11)，以及固接在基座(11)底部能够升降的支撑腿(12)，以及安装在基座(11)上且驱动方向包括垂直方向的直线驱动机构Ⅰ，以及安装在基座(11)上且驱动方向与直线驱动机构Ⅰ的驱动方向垂直的直线驱动机构Ⅱ，以及安装在直线驱动机构Ⅰ上的收卷机构，以及一端固定在收卷机构上的超疏油超亲水网膜，以及一端与直线驱动机构Ⅱ固接的缆绳(53)，所述缆绳(53)另一端用于连接超疏油超亲水网膜的另一端；

所述直线驱动机构Ⅰ包括通过基座(11)支撑的中心座(21)，以及设置在中心座(21)上的键(22)，以及纵向滑动连接在中心座(21)上的齿条(23)，以及设置在齿条(23)上且与键(22)配合连接的键槽(24)，以及固接在中心座(21)上的电机Ⅱ(26)，以及固接在电机Ⅱ(26)输出轴上的齿轮Ⅲ(27)，所述齿轮Ⅲ(27)与齿条(23)啮合传动；

所述直线驱动机构Ⅰ还包括固接在齿条(23)下端的轴座Ⅰ(25)，所述收卷机构包括转动连接在轴座Ⅰ(25)上的辊子(41)；

所述收卷机构还包括设置在辊子(41)上的槽(42)，以及固接在槽(42)内的基片(43)，以及固接在基片(43)上的挂扣Ⅰ(44)，所述超疏油超亲水网膜的边端处嵌固有环Ⅰ，所述环Ⅰ能挂入挂扣Ⅰ(44)内；

所述收卷机构还包括弹力绳，所述弹力绳一端与辊子(41)固接且另一端与基片(43)的底部固接，基片(43)通过螺钉固接在槽(42)内；

所述直线驱动机构Ⅱ包括固接在中心座(21)上的伸缩杆Ⅰ(31)；

还包括固接在伸缩杆Ⅰ(31)活动端上的轴座Ⅱ(32)，以及转动连接在轴座Ⅱ(32)上的轴Ⅱ(51)，以及固接在轴Ⅱ(51)上的收卷盘(52)，以及一端固接在收卷盘(52)上的缆绳(53)，以及固接在缆绳(53)另一端的挂扣Ⅱ(54)，所述超疏油超亲水网膜的边端处嵌固有环Ⅱ，所述环Ⅱ能够挂入挂扣Ⅱ(54)，环Ⅰ和环Ⅱ分别位于超疏油超亲水网膜对称的两个边端。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括固接在伸缩杆Ⅰ(31)活动端的平台(56)，以及纵向滑动连接在平台(56)上的管(61)，以及固接在管(61)上的连接架(63)，以及固接在平台(56)上的伸缩杆Ⅱ(64)，所述伸缩杆Ⅱ(64)的活动端与连接架(63)固接。

3.根据权利要求2所述的设备，所述管(61)的底部设有弯折段(62)以使自身下方的开口朝上。

4.根据权利要求3或2所述的设备，还包括转动连接在基座(11)边端的轴Ⅰ(13)，所述中心座(21)与轴Ⅰ(13)固接，以及固接在轴Ⅰ(13)上的齿轮Ⅰ(14)，以及固接在基座(11)上的电机Ⅰ(15)，以及固接在电机Ⅰ(15)输出轴上的齿轮Ⅱ(16)，所述齿轮Ⅱ(16)与齿轮Ⅰ(14)啮合传动。

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