MOFs基油水分离膜的研究进展

含油废水对生态系统、人类健康和海洋生物具有不利影响.传统的油水分离方法能耗高、分离效率低,限制了在乳液分离中应用.近年来,基于金属-有机骨架(MOFs)的油水分离膜因其灵活可变的结构、比表面积大、高孔隙率、易于制造以及可调节的功能性,在油水分离中的应用受到了广泛关注.本文系统地论述了MOFs基油水分离膜分离机理和优势.在此基础上,重点阐述了MOFs基油水分离膜的分类和在实际应用中的性能表现.此外,详细介绍了不同种类MOFs基油水分离膜的合成方法及其特点,展望了MOFs基油水分离膜的研究前景,为实现其大规模应用提供理论依据和技术指导.

二氯甲烷和甲醇共沸体系的分离模拟研究

基于Aspen Plus模拟软件,采用萃取精馏的工艺流程对二氯甲烷和甲醇共沸体系进行模拟分离,推荐以乙二醇为萃取剂,对各塔关键参数进行了优化,确定了最佳操作参数:萃取塔理论板数为49,原料进料位置为第40块理论板,进料量为1 000 kg/h,乙二醇进料位置为第3块理论板,进料量为260 kg/h,可实现萃取塔塔顶采出质量分数为99.9%的二氯甲烷700 kg/h;萃取剂回收塔理论板数为10,进料位置为第3块理论板,回收塔塔顶采出质量分数为99.8%的甲醇300.3 kg/h,塔釜回收的萃取剂可返回利用。

基于响应面法的气浮旋流分离条件优化

随着油气工业的大规模发展,含油污水引发的环境问题日益严重,气浮旋流技术作为一种高效的分离方法得到广泛应用。为了进一步提高该技术的分离效果,利用实验方法对微气泡密度、旋转角速度、絮凝剂种类与浓度进行了单因素实验,利用响应面法对几种因素的组合进行了优化。单因素研究发现最优条件为:微气泡密度2.88×10^(4)个/ml、旋转角速度460 r/min,絮凝剂PAFC的分离效果较好。响应面法分析结论是X1、X3与3个变量的交互作用影响显著,最优组合:微气泡密度为2.47×10^(4)个/ml,旋转角速度为440 r/min,絮凝剂PAFC浓度为40 mg/L。

油水膜分离中高黏度油滴行为研究和影响因素分析

膜法分离油田采出废水中的重油组分是膜污染的重要影响因素,且不同膜分离条件下膜面附近的复杂油滴行为直接影响膜分离效果,所以研究膜面附近的高黏度油滴行为十分必要。基于实际油田采出废水物性数据的实验测定结果,采用耗散粒子动力学(DPD)方法结合高黏度油滴轨迹和油滴间相互作用能结果对油滴行为进行细化分析。结果表明,双油滴呈现掠过和聚并两大类行为,又可各分为三个行为阶段:油滴间排液、油滴接触和油滴复稳;双油滴间距和油滴与膜面间距的减小有助于油滴聚并,从而有利于油水分离,且油滴与膜面间距的减小会导致油滴碰撞后的位置更远离膜面;表面活性剂的存在阻碍油滴聚并,不利于油水分离,且离子型表面活性剂因其亲水头间的强排斥力而阻碍作用更强;第3油滴的存在会促进双油滴聚并,有利于油水分离,其促聚并程度受油滴碰撞角的影响。研究结果可为后续的油滴与分离膜相互作用及油水分离效果的研究提供依据,也可为油水膜分离条件的设置和技术优化提供理论支持。

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明:PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360~450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m^(2)·h)(跨膜压差:0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.

MBR膜污染、影响因素及其控制策略研究进展

膜生物反应器(MBR)在废水处理领域应用广泛,然而膜污染是制约其可持续发展的主要瓶颈。探讨了MBR的膜污染问题,介绍了MBR工艺的基本原理和类型,阐述了膜污染的分类。分析了膜表面特性、污泥混合液性质和系统操作条件等因素对膜污染的影响,总结了膜污染的控制措施。旨在为MBR工艺的进一步优化和发展提供理论指导。

乳化液破乳技术的研究进展

破乳是实现乳化液油水分离的必要手段,从热力学角度考虑,乳化液是不稳定体系,破乳是必然结果。不同破乳方式只是导致油水分离的效果和时间不同而已。传统破乳方式包括热破乳、离心破乳、剪切破乳、电破乳和化学破乳等,其中离心破乳、电破乳和化学破乳是工业中使用频率较高的破乳方式。随着破乳技术的发展,一些新型的破乳方式相继出现,包括微波破乳、超声破乳、膜分离破乳、磁性纳米粒子破乳、微通道破乳、空化射流破乳和氧化破乳等。其中微波破乳、膜分离破乳和磁性纳米粒子破乳因过程简单、破乳率高等优势而具有广阔的发展前景。然而,这几种新型破乳技术还不够成熟,目前仅处于实验室研究阶段,还未实现大规模工业应用。单一破乳技术的破乳效果有限,为了强化破乳效果,可以将不同的破乳技术进行耦合,例如:磁性纳米粒子与微波耦合破乳、电场与纤维床耦合破乳、电场与离心场耦合破乳、电场与微滤膜耦合破乳、超声与微波耦合破乳等。当下破乳技术正朝着绿色、环保、节能、高效、经济、多样化、多种技术耦合的方向发展。

不同孔径陶瓷膜硅烷改性及油水分离性能研究

具有低表面能的疏水陶瓷膜常用于含水油液分离,而渗透通量的提高是提升膜分离过程经济性的关键.本文通过有机硅烷接枝改性制备疏水陶瓷膜,研究硅烷改性对不同孔径陶瓷膜结构及油水分离性能的影响。以孔径为1 000 nm、100 nm、10 nm的3种陶瓷膜为研究对象,考察不同孔径陶瓷膜硅烷化改性前后膜表面微观形貌、润湿性及渗透阻力的变化,评价3种孔径疏水陶瓷膜在溶剂、酸碱等环境下的稳定性,并将3种孔径硅烷改性的陶瓷膜用于油包水乳液分离.结果表明,孔径越小的膜硅烷化改性后渗透阻力增幅越大,尤其是当孔径达到10 nm,改性前后渗透阻力相差近3倍;原膜孔径对改性膜润湿性影响不大,且均表现出良好的耐溶剂性、耐酸碱性.低压高流速的操作方式有利于提高改性膜通量;对于水含量1 000μL/L的W/O乳液,3种改性膜对水的截留率均超过93%,渗透液水含量低于70μL/L,其中1 000 nm改性膜通量最高,达375 L/(m^(2)·h),而10 nm膜更不易被污染;对于水含量10%(体积分数)的W/O乳液,1 000 nm改性膜污染非常严重,通量迅速下降为14.1 L/(m^(2)·h),而100 nm改性膜污染程度较小,通量较高.

甲苯硝化产物分离方式优化研究

甲苯硝化工艺是国家监管的危险工艺之一,常见的甲苯硝化工艺主要有硝硫混酸硝化甲苯得到一硝基甲苯的工艺。文章旨在研究甲苯硝化生产一硝基甲苯的分离、中和脱酚流程优化。通过对现有工艺的深入分析,发现了影响产品质量和生产效率的主要因素,并提出了一系列针对性改进措施。文章的研究成果将为相关工业生产提供参考,提高一硝基甲苯的生产效率和产品质量。

新医科背景下《中药炮制学实验》石膏煅制模拟计算与实验结合的综合实验设计

为更好地推进中医药院校新医科建设,培养具有跨界整合能力的中医药科技人才,在《中药炮制学实验》课程中融合了化学工程、材料科学与技术、计算机技术模拟和矿物药炮制等多学科的知识,设计了石膏煅制的综合实验,该实验过程涵盖了数值模拟计算、矿物药的炮制与加工、表征与测试、数据处理等多方面的知识,实验的实施有利加强学生对矿物药煅制原理的理解和掌握,激发学生的兴趣和求知欲,培养了学生灵活运用数值模拟计算和先进技术手段解决实际问题的综合能力。

碳纤维复合材料在化工塔内件上的应用

随着国内新能源汽车产业的迅速崛起,用于电池电解液的碳酸二甲酯(DMC)需求强劲。采用甲醇气相氧化羰基化法生产碳酸二甲酯(DMC)的核心设备是脱轻塔,因其内部介质含有氯化氢(HCL)气体,导致原有钛材塔内件腐蚀严重,塔内件使用寿命短,严重影响碳酸二甲酯(DMC)装置的正常运行。通过采用碳纤维复合材料塔内件进行替换,设备的使用寿命大大延长,检修周期延长,应用效果良好,非常值得推广。本文阐述了碳纤维复合材料在脱轻塔内的使用情况,探讨了碳纤维复合材料塔内件的优缺点,对比了不同材料塔内件的耐腐蚀性能和成本,最后结合碳纤维复合材料产品的特点,对碳纤维复合材料在化工领域的应用进行了展望。

双咪唑离子液体体系从盐湖卤水中萃取锂的动力学研究

文章采用恒界面池法研究TBP-[C_(4)(mim)_(2)][Fe Cl_(4)]-MIBK体系从溶液中萃取锂的动力学过程。考察了搅拌速率、恒界面面积、温度、[C_(4)(mim)_(2)][Fe Cl_(4)]浓度、TBP浓度等因素对萃取速率的影响。实验结果表明,双咪唑离子液体体系萃取锂的反应主要发生在两相界面区域。萃取反应的表观活化能为E_(a)=13.671 k J/mol,萃取反应受扩散控制。TBP-[C_(4)(mim)_(2)][Fe Cl_(4)]-MIBK体系萃取锂的动力学方程为:R_(Li)=1.291×10^(-2)[Li+]^(0.995)[TBP]^(2.051)[C_(4)(mim)_(2)·FeCl_(4)^(-)]^(0.937)。

CFD数值模拟在分离海砂碎贝壳中的应用

将贝壳砂混合液通过结构设计,获得一定黏度值的强制旋涡非牛顿流场,利用砂与贝壳在流场中的流态差异,实现有效分离。通过CFD仿真计算调整多相流获得最佳的输入输出参数,制定出符合目标的多相流分离方案,并在流体仿真的基础上,加工一套与仿真模型基本一致的技术试验装置,以验证三相分离的效果。

入口弯管结构对重力式油水分离器内流场的影响

采用Fluent软件紊流计算中的标准k-ε模型,对安装不同结构参数入口弯管的重力式油水分离器内部流场进行数值模拟,得到含有3个出口位置、4种入射角度和4种不同轴向位置入口弯管的分离器内部流动特性.分析比较研究结果可以得出:入口弯管出口距筒体顶端内壁面越小,筒体对入射流体的阻碍作用越佳,流体通过整流构件后产生的返混区域越小;弯管入射角度在30°、60°和120°时,整流构件后方均产生涡旋,流场紊乱程度大,入射角度为90°时没有涡旋产生,流体流动相对最为平稳;入口弯管越靠近封头,整流构件前涡旋区域越小,整流效果越佳,后部流场轴向流动比例越多,越有利于油水两相分离.

一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器的分离特性研究

为了解决多旋臂气液旋流分离器(GLVS)中旋臂上方存在的小液滴夹带逃逸现象,设计了一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器(D-GLVS)。通过大型冷模实验,从压降和分离效率角度考察了其分离性能,实验结果表明,D-GLVS通过增加封闭罩,分隔了分离空间和排气空间,使排气压降占比较大,约为总压降的60%,但其阻力系数仍在常规旋风分离器的范围内;且其分离效率随气速增大,表现为先升高后降低的变化趋势,并在14.69 m/s附近达到最大值,同时发现偶数个喷嘴数对应进液质量的分离效率明显比奇数个喷嘴更高,这一结果在逆流式多旋臂气液分离器(B-GLVS)中同样得以证实。进一步对比了D-GLVS和B-GLVS间分离性能差异,结果表明封闭罩的引入可以极大地改善B-GLVS中小液滴被气流夹带逃逸的现象,使气液分离效率有明显提升,同时使D-GLVS分离效率随气速的变化规律与常规旋风分离器更为相似。在低气速下,二者的总压降几乎相同,当旋臂喷出口气速较大时,D-GLVS的总压降略大于B-GLVS,增幅均值约为5.04%。

超浸润油水分离膜及其研究进展

受到自然界中动植物表面超疏水/超亲水特性的启发,仿生超浸润膜材料作为一种新兴的油水分离材料引起了科研人员的广泛关注。首先通过对影响膜材料表面润湿性的基础模型进行分析,包括Young方程、Wenzel模型和Cassie模型,总结了制备超浸润膜材料需要调控的2个关键因素——表面张力和纳微多级结构。其次,对比分析了不同类型超浸润膜的油水分离过程,概述了超浸润油水分离膜的技术优势,包括油水选择性好、分离效率高、操作简单、能耗低等。揭示了常见超浸润膜对稳定油水乳液的分离机理,即基于膜孔径小于乳液尺寸的筛分效应;通过膜材料对油水截然相反的浸润性实现界面破乳和选择性分离。在此基础上,重点综述了近年来常见超浸润油水分离膜的研究进展,其中包括超疏水/超亲油膜、超亲水/水下超疏油膜、Janus膜、智能响应膜,并对不同类型的超浸润膜材料在分离过程中存在的技术优势和问题进行了分析。最后,提出了该领域研究存在的问题和面临的挑战,并对未来超浸润膜材料的发展方向和应用前景进行了展望。

COSMO-RS模型在离子液体/低共熔溶剂筛选中的应用研究进展

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)作为一类新型的绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,在混合物分离方面已经受到了研究者的广泛关注,因此逐渐成为绿色化学领域的研究重点。针对特定的分离过程,选择合适的溶剂是非常重要的,然而,由于ILs和DESs种类较多,结构复杂,通过实验的方法逐一进行筛选费时费力、成本高,且几乎不可能找到最优选择,因此应用理论计算模型对ILs和DESs进行筛选是非常有必要的。真实溶剂类导体屏蔽模型(COSMO-RS模型)是一种由量子化学计算与统计热力学方法相结合的预测模型,它可以在不需要实验数据的情况下预测液体混合物的热力学性质,已经被研究者广泛用作各种分离问题的快速筛选工具。整理了应用COSMO-RS模型筛选ILs/DESs用于各种油中酚类、含氮化合物、含硫化合物、萜类化合物、天然维生素E的萃取分离,以及CO_(2)捕获和共沸混合物等的分离过程,表明COSMO-RS模型用于特定混合物萃取溶剂的筛选是快速有效的,可为难分离混合物分离过程中ILs/DESs的预筛选提供有价值的参考。

抽油机采油井筒内气液分离器数值模拟研究

提出一种将抽油机井气液分离器入口进液量转化为脉动入口速度的方法。采用计算流体动力学方法,基于欧拉模型(Eulerian Model),针对抽油泵的工作特性和不同的含气体积分数对分离器内流场分布和分离性能影响开展数值模拟研究。数值模拟结果表明:当井下压力为8 MPa,入口含气体积分数在79.6%~90.0%范围内适当增加混合液的含气量可以提高气液分离器的分离效率。

水力旋流分离器在油水分离领域的研究进展

水力旋流器利用密度差实现两相分离,具有结构简单、分离效率高等优点,因此在原油预脱水处理等油水分离领域得到广泛应用。鉴于此,通过分析和收集水力旋流器相关文献,对油水分离领域水力旋流分离器的研究现状进行了阐述和总结,包括水力旋流分离器的发展历程、基本结构、内部流场和工作原理等相关方面;同时,对油水分离领域不同类型的水力旋流分离器进行了对比分析,发现在水力旋流器的结构参数优化以及内部液体流动规律等方面,单一结构的参数优化或单一、静态的系统分析不能系统全面地反映实际复杂工况。因此,将计算机仿真模拟和相关先进检测技术相结合,用于旋流器的参数优化、内部液体流动规律分析以及构建预测模型等方面,对于旋流器的结构设计优化、分离效率提升等方面意义重大;另外,目前的研究多着重于旋流器的结构和流体特性等方面,对于旋流器内部的磨损、疲劳损伤等方面的研究较为缺乏;最后,对水力旋流分离器在油水分离方面研究的不足和发展方向进行了分析和展望。

低压损管式动态旋流分离器分离性能数值模拟研究

为降低分离过程中压力损失,减少动态旋流分离器的能耗,从旋流和泵送相结合的理念出发,提出了一种低压损管式动态旋流分离器,并构建了低压损起旋叶栅设计模型。采用计算流体动力学数值模拟方法,探讨了不同转速下同向收油和逆向收油型低压损管式动态旋流分离器的分离性能,发现较同向收油型低压损管式动态旋流分离器,逆向收油型可及时排出汇聚在叶栅出口处的高浓度油相,当叶栅转速高于800 r/min时分离效率更高。进一步分析了含油浓度、入口流量等操作参数及分散相密度和分散相粒径等物性参数对逆向收油型低压损管式动态旋流分离器分离效率的影响,结果表明:对于分散油相密度为871 mg/m3、粒径为158μm的含油污水,保持叶栅转速不变(1400 r/min),当入口流体含油浓度小于200000 mg/L、流量小于设计流量的1.8倍时,其分离效率稳定在95.5%以上,当入口流体含油浓度大于200000 mg/L或流量大于设计流量的1.8倍时,随含油浓度和流量的增加,分离效率迅速降低;分散相密度增加、粒径减小,低压损管式动态旋流分离器分离效率均逐渐降低。在此基础上,提出了可分离无量纲数(Se)的概念,并用之定量分析了低压损管式动态旋流分离器在高分离效率下,分散油相密度、油滴粒径以及叶栅转速3个重要参数的耦合关系;通过将其与已有文献实验数据所推算的最佳分离区间进行对比,间接验证了数值模拟结果的可靠性。本研究成果为低压损管式动态旋流分离器的研发提供了参考。