超亲水/水下超疏油膜的制备及油水分离性能

工业生产和频繁的溢油事故产生大量的含油废水,其高效分离依然面临全球性的挑战。具有仿生浸润特性的膜可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。本文通过一步浸渍法将TiO_2纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原位固化到不锈钢网上制备了具有微/纳米层级结构的超亲水/水下超疏油油水分离膜。重点考察了TiO_2/PVP涂覆液浓度(质量分数1%、3%、5%、7%、9%)对膜的浸润特性和油水分离性能的影响。实验结果表明,不同TiO_2/PVP浓度改性的膜具有超亲水/水下超疏油特性,水的接触角均为0°,在水中油的接触角达160°,油水分离效率大于99.5%。膜通量随浓度的增大先减小后增加,当质量分数为3%时膜通量最大为8422.5L/(m^2·h)。经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO_2/PVP-SS(stainlesssteel)膜有良好的耐久性和稳定性。因此,TiO_2/PVP-SS仿生特殊浸润膜材料在油水分离领域具有经济、高效、环境友好的潜在优势。

仿生超浸润核桃壳滤料制备及其采油污水处理性能研究

目的通过对油田含油污水处理用核桃壳滤料进行润湿性改性,研究其是否能够有效提高核桃壳滤料对采出水的过滤效果,并选出最优改性方法,验证其改性稳定性和长效性。方法选用粒径为1~3 mm的核桃壳滤料颗粒,经清洗干燥后分别用含氟的超双疏改性液、含辛基硅烷的超疏水超亲油改性液,以及含气相二氧化硅和环氧树脂的超亲水改性液进行润湿性改性,随后对其润湿性分离性能进行评价,并选出最优改性方案,研究改性后滤料的实地服役能力。结果以核桃壳滤料为基础,通过表面修饰改性方法制备出具有超疏水/超疏油、超疏水/超亲油、超亲水/水下超疏油特性的核桃壳滤料,并通过过滤实验比较了未处理核桃壳滤料和这3种滤料的过滤效果,其过滤效率分别为57.62%、65.77%、61.26%、84.01%,反冲洗液的含油量分别为487.1、172.4、505.8、786.4 mg/L,超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高,表明超亲水/水下超疏油核桃壳滤料可以提升过滤效果,并增强其反洗能力,可作为填充滤料;现场试验结果表明,经超亲水滤料过滤后的水质显著改善,浊度最高降低了83.4%,反冲洗周期≥24 h,展现出良好的应用价值和潜力;进一步探究了核桃壳滤料粒径、滤柱高度、过滤批次等参数对过滤效果的影响,明确指出若要达到较为理想的过滤效果,需对滤料进行级配,且填充高度需合理。结论超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高,可以提升过滤效果,并增强反洗能力,能够有效改善油田采出水现场过滤表现。

超浸润不锈钢纤维毡制备及其乳化油/水分离性能

目的在不锈钢纤维毡表面进行超浸润性微纳结构的构建,减小纤维毡孔径并提升其耐污染性,实现乳化油的高效分离。方法先采用双阳极电化学沉积法,在不锈钢纤维丝表面沉积微米级铜颗粒,再采用双阴极电化学氧化法,将铜颗粒氧化为具有微纳结构的Cu(OH)_2纳米针。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、油水分离测试、紫外可见分光光度计等手段,对样品的微观形貌、组成成分、润湿性和油水分离性能等进行了表征。结果经微纳米结构构建后,不锈钢纤维毡表面的浸润性由疏水(135°)变为超亲水(≈0°)/水下超疏油(161°),水包油乳液的分离效率可达99%,循环分离8次后,分离效率依然在99%以上,分离后滤液的透光率在98%以上,水包油中的油滴被有效去除。结论通过电沉积-电化学氧化法可在不锈钢毡纤维表面构建多孔微纳复合结构,该表面具有优异的超亲水/水下超疏油性能,可对水包油乳化油进行高效分离,且循环分离多次后未见明显衰减,显示出良好的耐污染性。

超亲水性金属有机框架膜对油水混合物的高效分离及传质机理

化工废水大量排放和漏油、溢油事故频发对环境保护和生态平衡造成巨大的影响。本文提出了一种简单、节能、环保友好的金属有机框架膜制备方法用于油水分离。采用电化学方法在铜网上沉积金属有机框架材料获得超亲水性膜(Cu-CAT-1@铜网)。在重力驱动下,Cu-CAT-1@铜网膜能快速分离各种油/水混合物,分离效率大于95.0%,水通量大于112 kL·m^(-2)·h^(-1)。其分离性能高于大部分报道的铜网基底膜,并具有良好的重复性和可回收性。该膜传质机理主要基于Cu-CAT-1的超亲水性和水下超疏油性达到高效分离含油污水。

NiAl_(2)O_(4)涂层膜的制备及其在油水分离中的应用

以聚偏氟乙烯(PVDF)有机膜为基底,单宁酸(TA)为胶结剂,将尖晶石NiAl_(2)O_(4)无机纳米颗粒均匀修饰到PVDF膜表面,制备了超亲水/水下超疏油型NiAl_(2)O_(4)/TA/PVDF复合膜。系统研究了NiAl_(2)O_(4)/TA/PVDF复合膜的结构、形貌和表面润湿性,评价了复合膜在典型的油水乳液分离中的性能。实验结果表明,NiAl_(2)O_(4)/TA/PVDF复合膜对稳定的油水乳液表现出优异的分离效率(分离效率均高于99%)和较高的膜通量(682~1302 L·m^(-2)·h^(-1))。此外,由于膜表面的粗糙结构和特殊润湿性,NiAl_(2)O_(4)/TA/PVDF复合膜具有较好的抗油污染性能,在循环8次分离水包油乳液后仍具有较高的分离效率和膜通量,表现出良好的机械性能和可再生性。本研究为构筑尖晶石基油水分离膜及其在油水分离中的应用提供了新的思路。

高通量葡萄糖酸改性不锈钢网的制备及其油水分离性能研究

采用一步法将不锈钢网进行酸刻蚀并吸附葡萄糖酸(GA),成功制备了超亲水-水下超疏油的葡萄糖酸改性不锈钢网(GAG-网)。采用扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱仪对GAG-不锈钢网表面形貌和化学组分进行表征,结果表明GA成功地吸附在了不锈钢网上和网表面成功构造微纳米粗糙结构。采用接触角测量仪对其表面进行了润湿性测试,在空气中,水滴在其表面接触角为0°;在水下,油滴在其表面接触角大于150°。GAG-网能够有效地分离多种油水混合物,分离效率均达到98%以上,分离通量达140 L·(m^2·s)^(-1);分离正己烷/水的混合物40次后仍具有99.5%以上的分离效率;在腐蚀性环境中也具有优异的分离能力。该方法简单绿色,制备过程无需任何电器和机械设备。制备的GAG-网油水分离性能优异,在处理油水混合物方面具有潜在的应用前景。

单宁酸/两性离子改性油-水分离膜的制备及性能

以不锈钢网为基材,利用单宁酸对不锈钢网进行表面预处理并功能化接枝两性离子基团,制备了新型亲水和水下超疏油的单宁酸/两性离子改性油-水分离膜(TA-ZW-SSM).利用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及接触角测量仪等表征了其化学结构、形态和润湿性.研究结果表明,两性离子基团通过化学键接枝在单宁酸预处理的不锈钢网表面.油-水分离实验结果表明,对于不同类型的油-水混合物,本文制备的超亲水和水下超疏油特性的TA-ZW-SSM可实现重力驱动的高效油-水分离,并具有较好的化学稳定性及再循环性.

基于壳聚糖/聚乙烯醇/二氧化钛修饰的硝酸纤维素复合膜研究

通过负压抽滤的方法将壳聚糖(CS)、聚乙烯醇(PVA)与二氧化钛(TiO_(2))的修饰液涂覆到纯硝酸纤维素膜的表面,制备硝酸纤维素复合膜,研究膜在微观结构、元素分布与组成、浸润性等方面的性能。结果表明,制备的新型膜具有超亲水/水下超疏油特性,过滤柴油乳液通量为5867.3 L/(m^(2)·h),除油率为99.4%,在强酸碱性、高盐度环境下的油水分离实验时,过滤通量无明显衰减,除油率可保持98.9%以上,具有优良的稳定性和耐腐蚀性。

聚多巴胺-埃洛石纳米管改性不锈钢网及其油水分离性能

工业含油废水的大量产生和漏油事故的频发,促使高效处理含油废水成为全球性问题。通过浸渍法将聚多巴胺(Polydopamine,PDA)和埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes,HNTs)原位沉积在不锈钢网上,制备了超亲水/水下超疏油滤网(PDA-HNTs/SSM)并用于油水分离。利用SEM、EDS、FTIR、XRD、XPS和接触角仪表征了改性不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性。结果表明,通过调整PDA与HNTs的浸渍周期可控制材料的润湿性和表面微/纳复合结构,10个浸渍周期得到的PDA-HNTs/SSM的超亲水性/水下超疏油性能最优,水下二氯甲烷接触角大于157°,滑动角小于5°。分别采用二甲苯、环己烷、正己烷、石油醚和二氯甲烷进行油水分离测试,PDA-HNTs/SSM的分离效率均大于99%,经50次循环使用后其分离效率在95.5%以上,且在浓度为1 mol/L的HCl、NaOH和NaCl溶液中静置7天或经砂纸摩擦10 m后,仍保持稳定的水下超疏油性和良好的油水分离能力。