CN115196717A - 一种疏水亲油材料的制备及油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疏水亲油材料的制备及油水分离装置，属于油水分离技术领域。制备方法包括：S1、基底的预处理；S2、涂料的配制：分别称取水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠，混合加热搅拌均匀，得涂料；S3、将步骤S1中预处理后的基底置于步骤S2所得涂料中进行浸泡；浸泡完成后进行高温固化，随后在水中超声震荡后经除灰除渣处理，最后烘干，即得所述疏水亲油材料；所述装置主要包括油水分离罐、填料区及隔油板。本发明疏水亲油材料基材及涂料易得，且制备工艺简单；油水分离装置结构简单，且油水分离效率高。

Description

一种疏水亲油材料的制备及油水分离装置

技术领域

本发明属于油水分离技术领域，具体涉及一种疏水亲油材料的制备及油水分离装置。

背景技术

随着原油重质化、劣质化趋势日益严重，石油开采和炼制过程中会产生大量的含石油类污染物的废水，如原油储罐的罐底水、原油电脱盐过程产生的含盐污水、焦化放空塔产生的含硫污水、成品油库油罐底产生的含油污水等。这些含油污水往往成分复杂，乳化严重，一方面会造成油品损失，另一方面会增加污水处理难度以及处理成本，影响企业经济效益。因此，对于含油污水的处理、特别是如何高效解决油水分离问题已成为众多科研人员关注的热门研究方向。

表面润湿性是固体表面的重要特性之一。随着仿生学和材料界面学的快速发展，许多研究人员对材料进行修饰来构建超润湿表面，并应用到油水分离中，例如二维分离材料和三维吸附材料等。现有的含油污水的油水分离技术中，超润湿分离材料虽然研究较为广泛，但大多数存在水通量较小，抗污染能力差，寿命较短，制备过程复杂，成本较高等问题；且油水分离实验停留在静态分离实验，无法考察材料的工业适用性，因此亟需发明一种可用于连续油水分离的润湿材料及其配套装置。

发明专利文献CN113559555A公开了一种嵌段聚合物改性油水分离不锈钢网及其制备方法，利用原子转移自由基聚合反应将酰溴取代不同链长的聚乙二醇与含粘附性儿茶酚基团的多巴胺甲基丙烯酰胺聚合形成嵌段聚合物。文献中，选用不锈钢网作为基底，浸泡在聚合物反应液中，获得嵌段聚合物改性油水分离不锈钢网；并对改性后的不锈钢网进行静态油水实验。试验和表征证明改性的不锈钢网具有优异的油水分离能力、高稳定性和良好的机械性能，同时聚合物材料具有生物相容性、可降解性和环保性，使用后废料不会对环境造成二次污染。上述专利中，虽然制备得到的材料兼具绿色环保和油水分离能力，但材料改性过程较为复杂，而且没有对其设计的材料进行动态油水分离试验，无法考察在连续进料时材料的机械性能和分离效率。因此，难以适用于工业应用。

发明专利文献CN103131406B公开了一种超疏水支撑剂包括以重量百分比计的以下组分：支撑剂骨料94～99.49wt％，超疏水膜0.5～5wt％，润滑剂0.01～1.0wt％，所述支撑剂骨料为水洗/酸洗的石英砂或陶粒，其粒径范围为0.125mm～2.0mm；所述支撑剂润湿性能佳，但是其是用于油藏开发，应用领域比较特定。

发明专利文献CN205832680U公开了一种基于超疏水超亲油网膜的连续油水分离装置，由超疏水超亲油过滤网、一级过滤筒、二级过滤筒、出油筒、端盖、支座等组成。专利对金属材质的过滤网进行表面织构，提高了疏水膜的附着力；过滤网不使用含氟材料，环境友好，无需加热固化，工艺简单，成本低过滤系统可以进行连续油水分离，分离效率高，效果好。虽然上述专利中设计了连续油水分离装置，但是网膜作为其过滤材料，存在二维材料难以解决的问题，进水压力较高时，分离效率会下降，长周期运行较难，无法满足工业应用的条件。

鉴于此，本发明希望提供一种油水分离用材料及相应的分离装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种疏水亲油材料，制备工艺简单，油水分离效果好。

本发明的另外一个目的在于提供上述疏水亲油材料在油水分离中的应用，并相应提供了一种油水分离装置，分离装置简单，分离效果好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种疏水亲油材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底的预处理；

S2、涂料的配制：分别称取水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠，混合加热搅拌均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的基底置于步骤S2所得涂料中进行浸泡；浸泡完成后进行高温固化，随后在水中超声震荡后经除灰除渣处理，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S1中，基底选自金属基底或纤维材料基底；其中，所述金属基底选自不锈钢丝球、铜丝球、多层不锈钢网、铜网中的一种或多种；所述纤维材料基底选自聚氨酯海绵或涤纶织物中的一种或两种。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S1中，预处理的方法为：当基底为金属基底时，将基底分别置于丙酮和乙醇溶剂中，超声清洗5～10min；当基底为纤维材料基底时，不做处理。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S2中，以质量分数计，水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠的用量分别为40～60％、30～40％、10～20％、5～10％、0.1～5％。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S2中，所述聚四氟乙烯乳液的固含量为60％。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S2中，加热搅拌的温度为50～70℃。

作为本发明技术方案的进一步优选，步骤S3中，浸泡时间为10～60min；高温固化温度为350～400℃，固化时间为60～90min。

第二方面，本发明提供一种由上述方法制备得到的疏水亲油材料。

第三方面，本发明提供一种上述疏水亲油材料在油水分离中的应用。

第四方面，本发明提供一种利用上述疏水亲油材料进行油水分离的装置，包括油水分离罐，所述油水分离罐由第一罐体和第二罐体构成，所述第一罐体和第二罐体通过法兰进行连接，所述第一罐体和第二罐体的连接处分别设置有填料区；所述第一罐体的封头端上设置有进料分布器，所述进料分布器通过进水管与原料罐相连通，所述第二罐体的内部设置有隔油板，所述第二罐体位于隔油板和填料区之间的罐体底部还通过排水管与污水罐相连通，所述第二罐体位于隔油板与封头端之间的罐体底部还通过排油管与污油罐相连通；

其中，所述填料区内填充有上述疏水亲油材料。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述进水管上还设置有输水泵。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述油水分离罐的顶部还设置有界位计和压力表。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的疏水亲油材料的制备可以使用多种材质作为基材，具有广泛适用性；涂料原料易获得，成本较低；整个制备方法工艺简单，能够实现工业级制备。

(2)本发明提供的动态油水分离装置结构简单，能够实现持续进料、持续分离；配合本发明提供的疏水亲油材料为三维填料，非普通的二维油水分离过滤材料，有利于在压力环境中依然保持较高的油水分离效率；且针对含油量较高的含油污水能够实现91％以上的分离效率，最高可到95％左右。

附图说明

图1为本发明提供的油水分离装置结构示意图；

图2为本发明实施例1制备得到的疏水亲油材料的接触角测试图。

其中，1、原料罐；2、输水泵；3、进水管；4、进料分布器；5、填料区；6、螺栓螺母；7、法兰；8、界位计；9、压力表；10、隔油板；11、油水分离罐；12、排油管；13、污油罐；14、污水罐；15、排水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

同时，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

其中，聚四氟乙烯乳液购买自广州松柏化工有限公司，固含量60％。

聚乙二醇200购买自科密欧。

聚醋酸乙烯乳液购买自英创科技有限公司。

在一些实施方式中，本发明提供一种疏水亲油材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底的预处理；

S2、涂料的配制：分别称取水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠，混合加热搅拌均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的基底置于步骤S2所得涂料中进行浸泡；浸泡完成后进行高温固化，随后在水中超声震荡后经除灰除渣处理，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

在一些实施方式中，步骤S1中，基底选自金属基底或纤维材料基底；其中，所述金属基底选自不锈钢丝球、铜丝球、多层不锈钢网、铜网中的一种或多种；需要特别说明的是，不锈钢网、铜网可选用50～400目，丝径范围不作具体要求；所述纤维材料基底选自聚氨酯海绵或涤纶织物中的一种或两种。步骤S1中，预处理的方法根据基底种类的不同有所不同，具体来说：当基底为金属基底时，将基底分别置于丙酮和乙醇溶剂中，超声清洗5～10min，以去除其表面的灰尘及油污；当基底为纤维材料基底时，不做处理。可以理解的是，上述超声清洗时间优选为5～10min，其可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min中的某一数值或5～10min范围内的任一具体数值。

在一些实施方式中，步骤S2中，以质量分数计，各物质的用量如下：

上述物质中，聚四氟乙烯乳液作为疏水组分，聚乙二醇作为分散剂，聚醋酸乙烯乳液作为胶粘剂，十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂。

上述各物质中，水优选为蒸馏水，其用量可以是40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％中的某一数值或40～60％范围内的任一具体数值。

聚四氟乙烯乳液的用量可以是30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％中的某一数值或30～40％范围内的任一具体数值。优选地，聚四氟乙烯乳液的固含量为60％。

聚乙二醇的用量可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、30％中某一数值或10～20％范围内的任一具体数值。

聚醋酸乙烯乳液的用量可以是5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％中的某一数值或5～10％范围内的任一具体数值。

十二烷基苯磺酸钠的用量可以是0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％中的某一数值或0.1～5％范围内的任一具体数值。

在一些实施方式中，步骤S2中，加热搅拌的温度为50～70℃，其加热搅拌的时间可以根据实际需要进行选择，以搅拌混合均匀为目的即可。可以理解的是，上述加热搅拌温度可以是50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃中的某一数值或50～70℃范围内的任一具体数值。

在一些实施方式中，步骤S3中，浸泡时间为10～60min；高温固化温度为350～400℃，固化时间为60～90min。可以理解的是，上述浸泡时间可以是10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min中的某一数值或10～60min范围内的任一具体数值；所述高温固化温度可以是350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、400℃中的某一数值或350～400℃范围内的任一具体数值；上述固化时间可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min中的某一数值或60～90min范围内的任一具体数值。

很显然的，在一些实施方式中，本发明还提供经由上述方法制备得到的各种疏水亲油材料以及其在油水分离方面中的应用。

参见图1，在一些实施方式中，本发明还提供一种利用上述疏水亲油材料进行油水分离的装置，包括油水分离罐11，所述油水分离罐11由第一罐体和第二罐体构成，所述第一罐体和第二罐体通过法兰7进行连接，所述第一罐体和第二罐体的连接处分别设置有填料区5；所述第一罐体的封头端上设置有进料分布器4，所述进料分布器4通过进水管3与原料罐1相连通，所述第二罐体的内部设置有隔油板10，所述第二罐体位于隔油板10和填料区5之间的罐体底部还通过排水管15与污水罐14相连通，所述第二罐体位于隔油板10与封头端之间的罐体底部还通过排油管12与污油罐13相连通；

其中，所述填料区5内填充有上述疏水亲油材料。

上述技术方案中，填料区5两侧可以是由带网孔的金属基材进行限位固定，使得疏水亲油材料能够装填在填料区5内而不随意漂浮；带网孔的金属基材的具体结构及固定安装形式可以灵活选择，本发明中并不做具体的限定。同时，可以理解的是，法兰7由螺栓螺母6进行紧固，其具体的使用规格可以根据实际需要进行灵活选择，本实施例中并不对其做限定，其是本领域技术人员的常规技术手段。如此设置，需要检修或更换疏水亲油材料时，将法兰7拆卸打开即可实现，操作方便、灵活。

在一些实施方式中，所述进水管3上还设置有输水泵2。

在一些实施方式中，所述油水分离罐11的顶部还设置有界位计8和压力表9。

进一步参见图1，对本上述装置的工作流程做具体描述：

待分离的油水混合物暂存于原料罐1中，填料区5内装填上本发明提供的疏水亲油材料；开始处理时，油水混合物经由输水泵2先经过进料分布器4作用后进入油水分离罐11内；随后，在填料区5内，含油污水中的油组分在疏水亲油材料中进行聚结，小油滴聚结为大油滴，并浮于罐上部，水则在填料区5内聚结后沉降在原料罐1的底部，达到快速分离的效果；分离后的上部油越过隔油板10，经由排油管12排入污油罐13中实现回收；原料罐1的底部沉降的水经由排水管15排入污水罐14中进行收集。

以下结合具体实施例对本发明的一种疏水亲油材料的制备及油水分离装置进一步进行阐述。

实施例1

本具体实施例中，提供一种疏水亲油材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底的预处理：选用不锈钢丝球作为基材，分别用丙酮和乙醇超声清洗10min，烘干，备用；

S2、涂料的配制：分别称取80g水、74g聚四氟乙烯乳液(固含量60％)、20g聚乙二醇、20g聚醋酸乙烯乳液和6g十二烷基苯磺酸钠，于70℃的水浴中混合加热搅拌至均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的不锈钢丝球置于步骤S2所得涂料中浸泡30min；浸泡完成后于380℃下高温固化60min；固化完成后，于蒸馏水中超声震荡10min后，燃烧附着在钢丝球上的灰分、残渣，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

使用接触角分析仪对上述制备得到的疏水亲油材料进行水接触角和油接触角进行表征，测试结果如图2所示。可以看到，水接触角为134°，油接触角为0°，疏水亲油性能显著。

实施例2

本具体实施例中，提供一种疏水亲油材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底的预处理：选用铜丝球作为基材，分别用丙酮和乙醇超声清洗8min，烘干，备用；

S2、涂料的配制：分别称取90g水、74g聚四氟乙烯乳液(固含量60％)、20g聚乙二醇、20g聚醋酸乙烯乳液和6g十二烷基苯磺酸钠，于65℃的水浴中混合加热搅拌至均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的不锈钢丝球置于步骤S2所得涂料中浸泡25min；浸泡完成后于390℃下高温固化70min；固化完成后，于蒸馏水中超声震荡15min后，燃烧附着在钢丝球上的灰分、残渣，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

实施例3

本具体实施例中，提供一种疏水亲油材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底的预处理：选用不锈钢丝球作为基材，分别用丙酮和乙醇超声清洗6min，烘干，备用；

S2、涂料的配制：分别称取100g水、74g聚四氟乙烯乳液(固含量60％)、20g聚乙二醇、20g聚醋酸乙烯乳液和6g十二烷基苯磺酸钠，于60℃的水浴中混合加热搅拌至均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的不锈钢丝球置于步骤S2所得涂料中浸泡20min；浸泡完成后于400℃下高温固化65min；固化完成后，于蒸馏水中超声震荡18min后，燃烧附着在钢丝球上的灰分、残渣，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

实施例4

本具体实施例中，提供一种利用上述疏水亲油材料进行油水分离的装置，包括油水分离罐11，所述油水分离罐11由第一罐体和第二罐体构成，所述第一罐体和第二罐体通过法兰7及螺栓螺母6进行连接，所述第一罐体和第二罐体的连接处分别设置有填料区5；所述第一罐体的封头端上设置有进料分布器4，所述进料分布器4通过进水管3与原料罐1相连通，所述第二罐体的内部设置有隔油板10，所述第二罐体位于隔油板10和填料区5之间的罐体底部还通过排水管15与污水罐14相连通，所述第二罐体位于隔油板10与封头端之间的罐体底部还通过排油管12与污油罐13相连通；

其中，所述填料区5内填充有实施例1制备得到的疏水亲油材料。

具体实施例中，油水分离罐11的外径为325mm，长度为500mm，壁厚为10mm；隔油板10的高度为210mm，填料区5的长度为220mm。

本具体实施例中，所述进水管3上还设置有输水泵2。

具体实施例中，所述油水分离罐11的顶部还设置有界位计8和压力表9。

应用例1

将实施例4所述装置用于中部某油田开采过程产生的含油污水(油含量高达1283mg/L)，分离条件为：泵流量为1L/h，进水压力为0.15MPa，分离温度为60℃，试验周期30h。分离试验结果见表1所示。

表1油田含油污水分离效果

从表1中可以看到，本应用例中，含油分离效率在30h内还可以保持在91％以上，材料油水分离效率高且性能稳定。

应用例2

中国石化某公司因原油重质化、劣质化，导致电脱盐破乳效果不佳，出水含油严重超标，收集排出水含油高达3180mg/L，将实施例4所述装置用于其油水分离，分离条件为：泵流量为1L/h，进水压力为0.15MPa，分离温度为60℃，试验周期30h。分离试验结果见表2所示。

表2含油污水分离效果

从表2中可以看到，本应用例中，含油分离效率在30h内还可以保持在93％以上，材料油水分离效率高且性能稳定。

从以上应用例中可以看到，本发明提供的装置及疏水亲油材料在处理不同较高含油量的污水时，均具有较高的油水分离效率，且能够保持较长时间的高分离效率，能够有效解决含油污水的油水分离问题。同时，装置能够持续进料、持续分离，且能在一定压力下运行。

本发明通过上述实施例来说明本发明的技术构思，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品个别原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (12)

1.一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、基底的预处理；

S2、涂料的配制：分别称取水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠，混合加热搅拌均匀，得涂料；

S3、将步骤S1中预处理后的基底置于步骤S2所得涂料中进行浸泡；浸泡完成后进行高温固化，随后在水中超声震荡后经除灰除渣处理，最后烘干，即得所述疏水亲油材料。

2.根据权利要求1所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，基底选自金属基底或纤维材料基底；其中，所述金属基底选自不锈钢丝球、铜丝球、多层不锈钢网、铜网中的一种或多种；所述纤维材料基底选自聚氨酯海绵或涤纶织物中的一种或两种。

3.根据权利要求2所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，预处理的方法为：当基底为金属基底时，将基底分别置于丙酮和乙醇溶剂中，超声清洗5～10min；当基底为纤维材料基底时，不做处理。

4.根据权利要求1所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，以质量分数计，水、聚四氟乙烯乳液、聚乙二醇、聚醋酸乙烯乳液和十二烷基苯磺酸钠的用量分别为40～60％、30～40％、10～20％、5～10％、0.1～5％。

5.根据权利要求5所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚四氟乙烯乳液的固含量为60％。

6.根据权利要求1所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，加热搅拌的温度为50～70℃。

7.根据权利要求1所述的一种疏水亲油材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，浸泡时间为10～60min；高温固化温度为350～400℃，固化时间为60～90min。

8.一种权利要求1～7任一项所述方法制备得到的疏水亲油材料。

9.一种权利要求8所述疏水亲油材料在油水分离中的应用。

10.一种利用权利要求8所述疏水亲油材料进行油水分离的装置，其特征在于，包括油水分离罐(11)，所述油水分离罐(11)由第一罐体和第二罐体构成，所述第一罐体和第二罐体通过法兰(7)进行连接，所述第一罐体和第二罐体的连接处分别设置有填料区(5)；所述第一罐体的封头端上设置有进料分布器(4)，所述进料分布器(4)通过进水管(3)与原料罐(1)相连通，所述第二罐体的内部设置有隔油板(10)，所述第二罐体位于隔油板(10)和填料区(5)之间的罐体底部还通过排水管(15)与污水罐(14)相连通，所述第二罐体位于隔油板(10)与封头端之间的罐体底部还通过排油管(12)与污油罐(13)相连通；

其中，所述填料区(5)内填充有所述疏水亲油材料。

11.根据权利要求10所述装置，其特征在于，所述进水管(3)上还设置有输水泵(2)。

12.根据权利要求10所述装置，其特征在于，所述油水分离罐(11)的顶部还设置有界位计(8)和压力表(9)。

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