水凈化用油水分離NDM/Cu（OH）2 纖維膜制備及效果實(shí)驗(yàn)

韓存長(zhǎng)

（國(guó)機(jī)集團(tuán)常州江南環(huán)境工程有限公司，江蘇 常州 213012）

0 引言

水是人類生命之源,直接關(guān)系到人體的健康。如果水質(zhì)不達(dá)標(biāo),其中的有害物質(zhì)可能會(huì)引發(fā)各種疾病,如胃腸病、皮膚病、傳染病等。目前，國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行油水分離技術(shù)的研究[1-2]，特別是對(duì)水性乳劑的處理和分離具有一定的難度[3-4]。與其他種類的油水混合料相比，水包油對(duì)油水分離技術(shù)的需求較大，而且難以進(jìn)行有效的治理，對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，已嚴(yán)重地制約了工業(yè)的發(fā)展[5]。因此，對(duì)油、水兩相乳液進(jìn)行高效分離與純化是目前亟待解決問(wèn)題。

膜基技術(shù)具有抗乳化性和處理廢水的作用，特別是對(duì)含表面活性劑型的乳狀物具有良好的治理作用[6-7]。但采用膜分離技術(shù)對(duì)油、水的混合液進(jìn)行處理時(shí)，由于膜物質(zhì)對(duì)界面活性劑和高黏性的油顆粒進(jìn)行了吸收，導(dǎo)致膜的通量小、污染嚴(yán)重、分離效果明顯降低，從而大大提高了廢水的處理成本[8]。近年來(lái)，利用重力式油水分離機(jī)和吸油技術(shù)，利用獨(dú)特的可潤(rùn)濕性能和微小納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了油液相分離[9-10]。

本文研制了一種正十二烷基硫醇[（NDM）/Cu（OH）2]纖維膜[NDM/Cu（OH）2纖維膜]，以采集微小的油珠，從而達(dá)到水包油乳劑中連續(xù)、有效地捕捉到微小油珠的效果。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 NDM/Cu（OH）2 纖維膜的制備

將泡沫銅（孔數(shù)110 ppi，厚0.8 mm），紫銅片（厚0.4 mm）剪成7 cm×7 cm 的正方形。

將經(jīng)電泳發(fā)泡銅浸沒(méi)于2.5 mol/LNaOH、0.13 mol/L K2SO4的溶液中。將其置于40 ℃的真空爐中進(jìn)行24 h烘干，以獲得具有超高親水性的Cu（OH）2泡沫。在完成該反應(yīng)后，將其在酒精中進(jìn)行5 min 的超聲波處理，并于40 ℃下進(jìn)行烘干，以獲得NDM/Cu（OH）2纖維膜。纖維膜的宏觀和微觀照片見(jiàn)圖1 所示。纖維膜具有大約200 μm 的密度納米針體。通過(guò)油水分離器進(jìn)行油水乳液的分離，具有很大的排斥力，因此具有很高的吸附能力。

圖1 纖維膜的宏觀和微觀照片

1.2 連續(xù)油水分離裝置設(shè)計(jì)

連續(xù)油水分離裝置照片見(jiàn)圖2 所示。在兩片鄰近的NDM/Cu（OH）2纖維膜之間放置一定數(shù)目的NBR襯套來(lái)保持各自的捕捉器間隔（0.1～0.5 mm），然后用兩片7 cm×7 cm 的專用的截取，通過(guò)一個(gè)蠕動(dòng)泵將油和水的混合物從一個(gè)有機(jī)玻璃管內(nèi)注入。

圖2 連續(xù)油水分離裝置照片

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

油-水分離器的工作原理及試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)圖3 所示。在NDM/Cu（OH）2纖維膜中，加入了NBR 襯套，保持了0.1～0.5 mm 的夾緊間隔，NDM/Cu（OH）2纖維膜間隙用作捕捉和收集微米級(jí)的油滴。通過(guò)油珠本身的引力，可以將聚集在NDM/Cu（OH）2纖維膜氣缸中的大油珠聚集到一起。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)理圖

2 結(jié)果與討論

2.1 水包油乳液分離

研究了用油水連續(xù)分離器對(duì)各種黏度的水包油乳劑進(jìn)行分離的性能。連續(xù)油水分離效率結(jié)果見(jiàn)表1所示。從表1 可以看出，隨著油水分離器的流速降低，其對(duì)水包油的乳狀物分離效果會(huì)更好。能夠?qū)⒉缓砻婊钚詣┑乃和槿榛覠o(wú)表面活性劑的穩(wěn)定性好，分離效果達(dá)91%以上。

表1 連續(xù)油水分離效率

2.2 分離性能

時(shí)間與油含量和分離效率的關(guān)系見(jiàn)表2 所示。油、水分離設(shè)備對(duì)油滴顆粒大小的影響是其使用情況的一個(gè)關(guān)鍵因素。采用油水分離機(jī)對(duì)相同顆粒大小的水包油膜進(jìn)行處理，研究其在99%以上的分離效果時(shí)，應(yīng)對(duì)最大限度的捕捉機(jī)間隔進(jìn)行控制。

表2 時(shí)間與油含量和分離效率的關(guān)系

液捕獲器間距與分離效率的關(guān)系見(jiàn)表3 所示。從表3 可以看出，當(dāng)油滴直徑為28～48 μm 時(shí)，濾網(wǎng)間隔為0.2 mm 時(shí)，其分離效果大于99%。當(dāng)油滴直徑為16～28μm 時(shí)，在0.1 mm 的捕集槽間隔下，油-水分離機(jī)的分離效果大于99%。這表明，隨著乳液油的顆粒尺寸增大，分離設(shè)備要實(shí)現(xiàn)一定的分離效果，可控的夾具間隔就會(huì)變得更大，即彈性工作的空間也會(huì)變得更大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水性乳劑進(jìn)行處理。

表3 液捕獲器間距與分離效率的關(guān)系

3 結(jié)論

開(kāi)展水凈化用油水分離NDM/Cu（OH）2纖維膜制備及效果實(shí)驗(yàn)研究，取得如下結(jié)果：

1）無(wú)表面活性劑水包甲苯乳油的顆粒尺寸分布很均勻，0～65 μm 時(shí)以大顆粒為主；具有穩(wěn)定的表面活性劑型的水包甲基苯乳液具有更好的微粒尺寸，為31 μm 和50 μm。

2)在油-水分離中，其分離效果大于99%。當(dāng)油滴直徑為16～28 μm 時(shí)，在0.1 mm 的捕集槽間隔下，油-水分離機(jī)的分離效果大于99%。

該研究具有很好的實(shí)際應(yīng)用效果，但是在面對(duì)一些重金屬領(lǐng)域存在效率低的問(wèn)題，期待后續(xù)引入等離子技術(shù)進(jìn)行加強(qiáng)。