耐腐蚀超疏水超亲油不锈钢网的制备及其在油水分离过程中的应用

以不锈钢网为基底,通过化学刻蚀法制备微米级粗糙表面,通过一步浸泡法将st9ber法制得的疏水亲油纳米Si O2颗粒沉积到粗糙的不锈钢网表面,制备了具有微纳二级粗糙结构的超疏水超亲油不锈钢网。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和接触角测量仪(CA)表征了超疏水超亲油不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性能,并将其用于油水分离过程中。结果表明,疏水亲油纳米Si O2颗粒成功的沉积到不锈钢网表面;水滴在超疏水超亲油不锈钢网上的接触角最大为151°,煤油的接触角为0°;制备的超疏水超亲油不锈钢网不仅能高效的分离不同种类油和水的混合物,还能高效的分离油和腐蚀性液体(强酸或强碱水溶液)的混合物,其耐腐蚀特性可满足复杂环境下的油水分离要求。     

超疏水超亲油玻璃纤维过滤膜的制备及其乳化水分离效率

通过溶胶-凝胶法,以MTES(甲基三乙氧基硅烷)为前驱体,在玻璃纤维(玻纤)过滤膜表面直接进行水解缩合反应,制备具有高效油水分离功能的玻纤过滤膜材料。通过扫描电子显微镜和红外光谱分析MTES处理前后玻纤过滤膜的微观形貌与表面组成的变化,并通过接触角仪测试玻纤过滤膜的接触角,采用Karl Fischer水分仪测试玻纤过滤膜的油水分离效率。结果表明:经过MTES处理后,玻纤过滤膜的微观孔隙结构不变,而纤维表面布满疏水亲油的–CH3基团和纳米凸起结构,处理后的玻纤过滤膜有超疏水超亲油性能,玻纤过滤膜对乳化水的油水分离效率可以达到96.09%。     

疏水亲油分离膜的润湿性研究进展

疏水亲油分离膜通过透过油相、截留水相而实现油水分离过程,它具有绿色、高效、易于工业放大等特点,在环境保护、水处理、有机液体分离与回收等领域具有广阔的应用前景,已成为膜科学与技术领域的研发热点。本文回顾了润湿方程的发展历史,介绍了表面润湿性和孔径的协同作用对膜分离过程的影响,讨论了疏水亲油分离膜的设计策略,包括在低表面能材料的表面构建粗糙或微纳米结构和使用低表面能材料对粗糙表面进行疏水改性。最后,对疏水亲油分离膜的发展趋势进行了展望,今后需进一步完善表面浸润理论,开发易于工业生产的制膜方法,探究疏水亲油分离膜对复杂油水混合物（如高黏度、多组分）的分离效果。     

油水分离膜的研究进展

介绍了油水混合物的分类、油水分离膜的分离机理、油水分离膜的类型以及超疏水-亲油膜、超亲水-疏油膜的制备和性能。根据油水分离膜技术现在的发展状况,指出目前在该领域的研究中存在的一些问题以及对未来的发展趋势进行了展望。超疏水-亲油膜从材料制备和油水分离性能等方面,均取得了长足发展,但该膜的疏水稳定性和膜材料的力学强度等有待进一步提高。超亲水-疏油膜的制备过程简单、性能稳定、易清洗,近年来被广泛应用。     

纳米膜材料在井下油水分离中的研究

近年来,由于油井产出水逐年增多,举升、处理及环保等问题日益严重,为了解决上述问题,技术人员开发出井下油水分离技术.虽然机械旋流分离的方式可实现回注水含油率指标1000μg·g-1,但在恶劣工况下可能达到3000μg·g-1,不能满足回注水指标要求.研究发现,基于特殊润湿性材料对油和水的选择性作用,制造出亲水膜和亲油膜材料,通过控制表面的形貌结构和化学性质来调控表面润湿性,实现油和水的分离.通过研究,利用泡沫镍疏水改性成功制备出超亲油疏水材料,通过室内实验与数值模拟,分离效果和机械性能满足井下环境要求.采用井下机械旋流分离与超亲水、疏水材料相结合的井下纳米油水分离更大幅度地降低回注水中含油率,成为井下油水高效分离的新方向.     

疏水性油水分离膜及其过程研究进展

油水分离是治理含油废水和含水油液的重要工业过程。本文概括了疏水性油水分离膜的类型与制备方法,包括常规分离膜和高度疏水/超亲油分离膜。前者为常规微滤、超滤及纳滤过程用膜;后者由构筑高度疏水（水滴接触角≥120°）表面方法得到,形式有金属网膜、纤维膜、滤纸、复合膜及不对称膜,其为制备耐污染的疏水性油水分离膜提供了新思路。指出了疏水性膜用于油水分离的过程原理及应用现状：含油废水除油中,疏水性膜可实现O/W乳液的破乳、粗粒化油滴、滤除油滴及吸附油分子几方面的功能;含水油液除水中,膜被用来截留水滴,可直接得到净化的油品。最后,指出了其过程规模化应用前尚需解决的重要问题,特别是高度疏水/超亲油分离膜的制备、相关过程研究的深入及其规模化试验等方面需着力加强。     

超疏水铜网的制备及其油水分离应用

通过简单方法制备稳定可进行油水分离的超疏水铜网。将β-巯基乙醇与三氟乙酸酐通过条件温和的酯化反应合成三氟乙酸巯基乙酯,通过一步浸泡法将其修饰到铜网表面,成功制备出超疏水超亲油铜网。按照参数重要性,分别探究了溶液配比、酯化反应温度、修饰时间等对铜网超疏水性能的影响。通过SEM、静态接触角测量仪对制备的超疏水铜网表面形貌、接触角进行表征,最终得出溶液配比为3:1(三氟乙酸酐:β-巯基乙醇),反应温度40℃,修饰时间10 h的最佳条件。制得铜网具有微纳米复合结构,与水接触角达到152.8°;基于制备的超疏水铜网,组装了油水分离装置,对铜网的油水分离效果进行了测试。结果表明,油水分离效率达到98.5%。     

有机硅改性滤纸制备油水分离材料

针对目前油水分离—污水净化方面的问题,提出采用有机硅树脂改性滤纸。通过有机硅树脂浸润滤纸,再利用氨水催化进行一步缩聚反应,形成表面由非极性基团组成的多孔疏水材料,进而研究其油水分离的性能。应用宏观亲油疏水性测试,研究反应条件和参数对疏水性的影响,并进行可重复利用性的表征。应用电镜测试,观察样品的微观结构,并讨论不同浸渍次数对复合效果的影响。结果表明经一次浸渍后,改性滤纸纤维表面包覆有机硅涂层,同时纤维间仍然保留了其交织孔隙结构,由此获得了良好的疏水吸油的性质。     

自清洁型超疏水铜网的制备及其油水分离性能

利用碱液氧化法在铜网上生长纳米针状粗糙结构,并枝接具有pH响应性的低表面能长链硫醇分子,制备了空气中超疏水超亲油、碱性溶液中超亲水水下超疏油金属铜网。对改性金属网的表面结构、接触角、粘附力等性能进行表征。结果表明,亲水硫醇分子所占比例为20%时,改性铜网在空气中水的接触角为154.12°,粘附力为0.025 mN,对油的接触角为0°,改性铜网表面油滴在pH为12的溶液中能够自动脱附,针对不同种类油滴的油水混合物进行分离,分离效率在95%左右,并且重复使用10次后分离效率依然保持在90%以上。     

特殊润湿性表面的油水分离研究进展

以油水分离的材料表面润湿性为主线,介绍了特殊润湿性表面的制备机理,分析了超疏水超亲油、超亲水超亲油、超亲水超疏油、可转换润湿性的智能表面的优缺点,提出了特殊润湿性材料在油水分离方面的改进方向。未来特殊润湿性材料表面必定向环保、低廉、多功能的方向发展。     

石墨烯及衍生除油材料的研究进展

原油采油过程或海上石油泄漏将产生大量的含油污水,给环境带来了巨大的威胁。石墨烯及衍生材料具有较大的比表面积、特殊的孔结构等特性,在含油废水除油领域引起人们的广泛关注。综述了三维石墨烯和石墨烯复合膜等石墨烯衍生除油材料在处理含油废水领域的研究进展。对三维石墨烯除油材料的研究旨在优化微孔结构和表面润湿性,提高机械性能和使用寿命;石墨烯复合膜油水分离材料主要提高膜的通量、抗污能力和稳定性。目前石墨烯及衍生除油材料合成工艺较繁琐且稳定性较差,未来对石墨烯及衍生除油材料的研究将着眼于降低成本、提高稳定性和适用性。     

Removal of Emulsified Oil from Water by Coagulation and Foam Separation

Abstract

A new method of emulsified oil separation for oily wastewater incorporating simple operation and shortened treatment time is necessary for improved wastewater treatment in some manufacturing plants. In the present study, the removal of emulsified oil from water by coagulation and foam separation using poly aluminum chloride (PAC) and milk casein was examined. By adding casein before the foam separation process, the oil removal was dramatically improved. By using surfactant (LAS) as a frother, the dosage of casein was drastically reduced. Furthermore, for processing actual oily water, LAS was unnecessary because a sufficient amount of surfactants for foaming was included in the wastewater. For treatment of the actual oily wastewater collected from a steel manufacturing plant, the optimum condition for PAC and casein was 30 mg‐Al/L and 10 mg/L, respectively, and the oil concentration decreased from 170 mg/L to 2.2 mg/L. After examining several types of oily wastewater, 96–99% of oil removal efficiency was obtained by adjusting the dosages of PAC and casein. Coagulation and foam separation using casein has shown a high potential as an alternative method to dissolved air flotation (DAF) for processing emulsified oil water.     

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TiO₂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TiO₂/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TiO₂/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/（m²·h）。经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO₂/PVP-SS （stainless steel）膜有良好的耐久性和稳定性。因此,TiO₂/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。     

三维超浸润多孔材料在油水分离中的研究进展

受自然界超浸润现象的启发,三维超浸润多孔材料因其具有独特的油水分离优势受到科研工作者的广泛关注。本文首先分析了三维超浸润多孔油水分离材料的表面浸润性基础模型,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;随后指出设计三维超浸润多孔材料的关键是调控材料的表面能和纳微结构,总结了三维超浸润多孔材料存在的独特优势,包括空隙率高、密度小、质地轻、比表面积大等特性;揭示了常见的三维超浸润多孔材料的油水分离原理,包括表面介质或基团对油滴/水滴的吸附效应以及不同亲疏性的选择效应。基于此,概括了不同种类三维超浸润多孔材料在油水分离领域中的研究进展,包括三维超浸润多孔海绵、三维超浸润多孔泡沫、三维超浸润多孔气凝胶,并针对不同类型三维超浸润多孔材料在油水分离过程中存在的独特优势和缺陷进行了总结,指出三维超浸润多孔材料在实际应用中存在的问题和挑战,并对研究出机械性能稳定、回弹性好、具备持久分离效果的三维超浸润多孔材料进行了展望。     

油水强化分离技术

油水混合物广泛存在于各类工业过程中,其体系性质、强化分离技术一直是化工分离领域研究的重要课题之一。以沉降、旋流、电聚结等常规物理分离技术配合化学药剂破乳的传统分离方法,存在分离效率低、二次污染等问题,近年来以多物理场耦合、新型分离材料等为代表的强化分离技术的发展受到广泛关注。本文以石油工业中大体量的油包水型原油乳状液和水包油型含油污水乳状液的分离为对象,阐述了油水混合物的形成、体系分类及其基本理化性质,通过分析微观界面膜指出打破乳状液的稳定性是强化分离的关键,并从常规分离技术、外场强化、分离材料、耦合强化等方面系统介绍了各类分离技术及其特点,最后对油水强化分离技术的研究和发展方向进行了展望。     

面向油水分离的无机膜制备及应用进展

膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性,即使在苛刻的条件下,在分离油水方面表现出优异的分离性能。本文首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础,包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响;然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展,重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究,分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略,提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键;最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染,是无机膜亟需解决的问题,并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。     

β-SiAlON ceramic membranes modified with SiO2 nanoparticles with high rejection rate in oil-water emulsion separation

Porous ceramic membranes with high mechanical strength are suitable for oil-water emulsion separation. Nonetheless, it is difficult to prepare ceramic membranes with a small pore size and a good antifouling ability. In this work, SiO₂ nanoparticles were used to modify β-SiAlON ceramic membranes, which were successfully utilized to remove small oil droplets from oil-water emulsion. The modified membranes displayed a narrow pore size (the average pore size decreased from 1.05?µm, in the unmodified membrane, to 0.65?µm), and gas and water fluxes which are suitable for oil-water separation. Oil rejection rate was always higher than 90% under various pressures (1.0–2.0?bar) and flow velocities (1.0?3.0?L?min^?1) tested, which is considerably higher (60%) than the rejection rate of the unmodified membrane (which was 39.8%). Moreover, the modified membranes exhibited a good antifouling ability, since flux declined by only 7.0% after three recoveries via a simple ultrasonic treatment, over a total running period of 10?h. Accordingly, the produced membranes can be qualified for further consideration in oily wastewater treatment.     

微孔膜法油水分离——表面性质及微观结构的研究进展

石油炼制和化工过程存在大量油水混合物体系,影响生产过程稳定性,也会造成环境污染,亟需高效低成本的油水分离技术。与气浮、离心、化学混凝等传统油水分离技术相比,微孔膜技术通过油或水的选择性渗透实现分离,具有操作简单、分离效率高、运行成本低等众多优点。然而,微孔膜处理油水混合物的分离效率和加工能力同时取决于膜材料的表面性质（表面浸润性能）和微孔结构（分离通道的尺寸效应）。本文首先基于表面润湿现象和尺寸筛分机制介绍了膜法油水分离的原理,然后从上述两个角度出发综述了近年来微孔膜法油水分离的相关研究进展,最后指出微孔膜法油水分离在迈向工业化应用的过程中还需解决的一些问题,并对未来膜材料表面性质和微孔结构的研究进行了展望。     

石墨烯基气凝胶的制备及油吸附性能研究进展

海上漏油的频繁发生以及采油废水、工业含油污水的大量排放造成水资源大片污染和生态系统平衡的严重破坏。目前，从水体中分离油品和有机污染物已受到越来越多的商业和学术的关注。石墨烯基气凝胶是由二维石墨烯片层组装成的三维宏观材料，因其孔隙率高、比表面积大、密度低、机械性能强等特点在油水分离领域具有广阔的应用前景，已成为当今的研究热点之一。本文结合最新研究进展系统地总结了石墨烯基气凝胶的结构设计、组装及干燥方法，归纳了近年来其在油水分离中的应用进展，并对石墨烯基气凝胶在油水分离领域的研究现状和未来研究方向做了简要评述，以期为该领域的深入探索提供新的视角。     

Enhanced coalescence separation of oil-in-water emulsions using electrospun PVDF nanofibers

A novel and high-efficiency coalescence membrane enhanced by nano-sized polyvinylidene fluoride(PVDF) nanofibers based on polyester (PET) substrate was fabricated using electrospinning method.The properties of the electrospun nanofibers such as roughness and surface morphology greatly affected the oil droplet interception efficiency and surface wettability of the membrane.A series of coalescence units were prepared with different layers of nanofibrous membrane and the separation efficiencies at dif-ferent initial concentrations,flow rates,and oil types were tested.It is very interesting that the obtained nanofibrous membrane exhibited superoleophilicity in air but poor oleophilicity under water,which was beneficial to the coalescence process.The coalescence unit with four membrane layers had excellent per-formances under different initial concentrations and flow rates.The separation efficiency of the 4-layers unit remained above 98.2％ when the initial concentration reached up to 2000 mg·L-1.Furthermore,the unit also exhibited good performance with the increasing oil density and viscosity,which is promising for large-scale oil wastewater treatment.