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.

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。

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。

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%。

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。

利用CFD模拟辅助设计泵轮式扁平混合澄清槽防漩涡结构研究

泵轮式扁平混合澄清槽是一种专门用于核燃料后处理,保证核临界安全的萃取设备。为防止液体飞溅和溢出造成的放射性污染,研究了用计算流体力学(CFD)模拟辅助设计泵轮式扁平混合澄清槽防漩涡结构。首先确定了能实现漩涡形状模拟的模型和模拟方法;其次通过模拟无防漩涡、带孔平板防漩涡、带孔锥板防漩涡、带孔折页平板防漩涡4种不同结构的混合室内的流动和漩涡情况,分析了混合室内流场和压力分布情况,以及其内环流和混合机制;最后通过对比这4种不同结构混合室内纵截面上的气相存留分数分布情况,验证了带孔平板防漩涡结构的适用性。结果表明,带孔平板防漩涡结构既简单又有效,在覆盖工业运行范围的转速区间内可满足工业应用要求。

提钛尾渣脱氯的胺萃取耦合矿化反应工艺

工业含氯固废对环境危害很大,以水洗方法脱氯可能产生大量的废水和二次污染。采用有机胺萃取耦合CO_(2)矿化反应方法对氯化提钛尾渣进行了脱氯处理,通过有机胺萃取Cl^(-)避免了大量废水的产生。对比研究了水洗、矿化水洗等工艺的参数,结果表明,在更低的耗水量下,萃取矿化可以达到与3级水洗和3级逆流水洗相同的脱氯效果。在工业低温氯化矿渣的脱氯实验中,可以达到90%的脱氯效率,重复脱氯实验结果表明该工艺具有很好的重复性。有机胺再生实验结果表明有机胺再生率可以达到99%,通过有机胺萃取循环再生,矿化水洗技术可以实现无水排放的废渣脱氯工艺。

厌氧MBR的应用与膜污染研究

与好氧膜生物反应器(AeMBR)相比,厌氧膜生物反应器(AnMBR)具有能源回收效率高、能耗低、运行维护成本低等优点。AnMBR广泛应用于工业废水处理,也可应用于城市废水处理,具有长期的稳定性和可行性,沼气产量高,有利于能源回收。介绍了AnMBR膜污染的成因,阐述了通过膜材料选取、膜污染缓解策略和控制操作参数等具体方法来减缓AnMBR的膜污染,为AnMBR的广泛应用和成本控制提供了理论基础。

乳化油水聚结分离数值模拟研究进展

油水混合物普遍存在于各类工业过程和日常生活中,其高效分离是化工分离领域研究的重要方向。本文首先阐述和分析了油水混合物的类型、分类依据、油水分离方法、聚结分离原理及其影响因素,然后归纳和分析了聚结分离的数值模拟方法及其常见模型优缺点和适用情况,最后基于乳化油水体系的稳定性和机理的复杂性,展望了乳化油水聚结分离技术的研究方向和发展趋势。

COSMO-RS模型筛选离子液体萃取分离正辛烷-噻吩

基于COSMO-RS模型,计算和分析了26种阳离子和21种阴离子所组成的546种离子液体(IL),并研究了IL对于正辛烷(OC)-噻吩(TS)物系的萃取分离能力。通过对阴、阳离子萃取选择性及表面电荷密度进行比较,筛选出最佳萃取剂1,3-二甲基咪唑磷酸二氢盐([MMIM][H_(2)PO_(4)])。采用静电势和电荷分析、相互作用能分析、弱相互作用分析等,探讨了萃取过程物质间相互作用机理。对于以[MMIM][H_(2)PO_(4)]为萃取剂分离OC-TS物系的连续萃取流程进行了模拟。模拟结果显示,[MMIM][H_(2)PO_(4)]具有良好的萃取性,能够达到深度萃取的要求。

环烷基原料油预加氢对二甲基亚砜溶剂精制的影响

以未加氢减二线和加氢减二线馏分油为原料油,采用极性非质子型溶剂二甲基亚砜(DMSO)和糠醛进行精制,考察了剂油质量比和温度对溶剂精制的影响。实验结果表明,在相同萃取条件下,未加氢原料油萃取相收率明显高于加氢原料油,且溶剂的极性组分分配系数和选择性系数均高于加氢原料油,能更好地将芳烃组分进行富集。DMSO芳烃选择性高于糠醛,且不与环烷酸发生反应,可使环烷基馏分油在非加氢预处理条件下对芳烃进行高效富集。精制温度不变时,萃取相收率随剂油质量比的增大而提高,所得萃取相芳碳率下降;剂油质量比不变时,萃取相收率随精制温度的升高而提高,萃取相芳碳率减小,溶剂对极性组分的分配系数呈先增大后减小的趋势,在80℃时达峰值。

果胶酶对草莓果汁澄清效果的研究

澄清是果汁加工中的关键技术环节之一 ,利用果胶酶澄清果汁 ,有快速、简便、效果好等特点 ,在生产中有重要的应用价值。草莓中因含有果胶物质 ,制得的果汁易产生浑浊、沉淀等现象 ,严重影响产品的质量。用果胶酶对草莓果汁进行了单因素澄清试验及最适澄清工艺条件的研究。结果表明 ,果胶酶用量为 0 .0 3 5～ 0 .0 75 m L /kg、温度 3 5～ 45℃、p H 3 .0～ 4.0的条件下澄清草莓果汁 ,透光率达 97%以上 ,果汁中的可溶性固形物含量基本不变 ;在单因素试验的基础上 ,通过正交试验 ,果胶酶对草莓果汁澄清的最佳工艺条件是 :果胶酶用量为 0 .0 3 5 m L/kg,温度为 3 5℃ ,p H值为 3 .5。

煤气化废水酚氨分离回收系统的流程改造和工业实施

煤气化工艺中产生的洗气废水含有酚氨等高浓度难降解有机污染物。工业上采用化工分离和生化处理两段法来依次实现回收酚氨和净化排放。现有工艺中酚回收效率较低,难以保证进入生化工艺段的水质,影响最终排放。本文研究发现:萃取剂的选择和分离序列对萃取过程的pH值及随之对脱酚效率的影响极大。本文将脱氨装置单元前置,提出了精馏汽提塔侧线脱氨技术,将废水的pH值从10.5降到6.5,使萃取在偏酸条件下进行。采用甲基异丁基甲酮(MIBK)替代原有的二异丙醚(DIPE)萃取剂,显著提高了对多元酚的分配系数,总酚萃取效率从76%提升到93%。以上新流程已在某大型煤化工企业3200t.d-1煤气化污水化工分离系统中得以成功改造实施。新流程的实施提高了有机污染物的脱除率,为后续的生化处理工艺的达标排放奠定了基础。