一種用于分離乳化油的金屬纖維氈及其改性方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分離乳化油的金屬纖維氈改性方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國石油開采進入中后期，采出油含水率越來越高，原油脫水以及污水處理越來越困難。另外，頻繁發(fā)生的石油泄漏事故、機械冶金制造業(yè)、汽輪機潤滑系統(tǒng)以及餐飲行業(yè)等的廢水處理，對生態(tài)環(huán)境造成極大危害，因此油水分離技術成為世界范圍內的一項挑戰(zhàn)。這些含油廢水由于表面活性劑的存在，油的存在形式大多以乳化油為主，油滴粒徑極小，一般在10 μ m以下，且形成的乳化液較穩(wěn)定，難以分離。傳統(tǒng)的分離方法，例如重力分離法、離心法、聚結分離等無法分離乳化油，并且分離效率低能源消耗大。膜分離法是近20年來迅速發(fā)展起來的一項技術，利用它的選擇性分離可以實現混合液中不同組分的分離、純化和濃縮，然而這種膜易被污染，耐久性差，不能連續(xù)分離，并且超濾膜的分離通量低，從而限制了它的大規(guī)模應用。因此，選擇一種機械強度大、孔隙率高、孔徑細小、分離效率高的過濾分離材料成為乳化油分離領域必須首先突破的難題。
[0003]2013年，江雷研究組報道了一種可以取代聚合物膜的超快分離乳化油的材料一一超薄單壁碳納米管網絡薄膜，這種材料可以通過調節(jié)自身幾十納米的厚度來分離油滴粒徑為微米至納米級的乳化油。然而用機械強度更穩(wěn)定的三維多孔金屬材料分離乳化油的報道幾乎沒有。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種用于分離乳化油的金屬纖維氈改性方法，所用基底具有高孔隙率、高比表面積，同時具有良好機械性能，并且該方法簡單易操作、成本低、易于規(guī)?；a。
[0005]本發(fā)明采用如下技術方案:一種用于分離乳化油的金屬纖維氈，將潔凈的金屬纖維氈先使用FeClJP HC1混合刻蝕水溶液刻蝕，再采用濕化學法，將金屬纖維氈倒置懸浮于ZnO生長液中在金屬纖維氈表面構建ZnO納米錐結構，得到用于分離乳化油的金屬纖維氈；所述的ZnO生長液是加有表面活性劑的含有2mol/L Κ0Η和0.25mol/L Ζη(Ν03)2溶液。
[0006]所述的表面活性劑為聚氧化乙基胺、十二燒基硫酸鈉、Tween 20、Span 80或氟碳表面活性劑中的任一種或多種混合使用，用量為0.01?lwt.%。
[0007]所述的不銹鋼纖維氈的孔徑為5?20 μ m。
[0008]所述的混合刻蝕水溶液中，FeCl3*度為0.1?0.3g/mL，HC1濃度為10?30νο1% ο
[0009]基于所述的用于分離乳化油的金屬纖維氈的改性方法，步驟為:
[0010](1)前處理:依次采用乙醇、丙酮、稀酸清洗不銹鋼纖維氈去除表面油污和氧化皮，最后去離子水洗凈、烘干備用；
[0011 ] (2)預粗糙化:將金屬纖維氈放入FeClJP HC1混合刻蝕水溶液中，再加入無水乙醇，超聲處理后，靜置刻蝕；
[0012](3)骨架表面納米結構構建:采用濕化學法，將金屬纖維氈倒置懸浮于ZnO生長液中，水浴，磁子攪拌或超聲條件下，生長充分后取出，洗凈、吹干在骨架表面獲得ZnO納米椎結構，獲得用于分離乳化油的金屬纖維氈。
[0013]步驟(2)中乙醇加入量與混合刻蝕液體積比為1:2?4。
[0014]水浴溫度為30?60 °C，時間是2?6h。
[0015]步驟(3)中磁子攪拌轉速為800?1500r/min，超聲功率為100W。
[0016]基于所述的用于分離乳化油的金屬纖維氈的應用，將金屬纖維氈放入純油液中超聲1?3min至完全潤濕，取出后用于分離油包水乳液；將金屬纖維氈放入水中超聲1?3min至完全潤濕，取出后用于分離水包油乳液。
[0017]有益效果:
[0018]1.預粗糙化處理可起到進一步去除氧化皮、活化、粗化骨架的目的，增大金屬纖維氈的比表面積，這樣可明顯提高膜基結合力，使得ZnO膜層在多次油水分離及外力破壞下，不易脫落，與基底結合牢固；
[0019]2.采用刻蝕法進行預粗糙化處理時，乙醇添加和超聲處理可使刻蝕液完全浸入纖維氈內部，實現所有纖維表面的處理；
[0020]3.采用化學法生長ZnO時，添加表面活性劑，并進行強烈磁力攪拌或超聲處理，可使內部纖維骨架表面，像外側纖維骨架一樣，都能均勻的生長ZnO納米結構；
[0021]4.纖維表面生長ZnO可進一步縮小金屬纖維氈的孔徑，有利于更小尺度的油滴或水滴的截留，超浸潤性好；
[0022]5.本發(fā)明得到的改性金屬纖維氈是超親水超親油狀態(tài)，通過油或水預潤濕，分別可以得到超疏水超親油或超親水超疏油表面，可分別用于油包水型或水包油型乳液的分離，功能更全面。
【附圖說明】
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[0023]圖1為實施例1中未處理的不銹鋼纖維氈骨架掃描電鏡圖片。
[0024]圖2為實施例1中化學刻蝕法處理后的不銹鋼纖維氈骨架高倍掃描電鏡圖。
[0025]圖3為實施例1中制備的用于分離乳化油的不銹鋼纖維氈掃描電鏡圖片。
[0026]圖4為實施例1中用于分離乳化油的不銹鋼纖維氈縱截面掃描電鏡圖片。
[0027]圖5為實施例1中用于分離乳化油的不銹鋼纖維氈縱截面高倍掃描電鏡圖片。
[0028]圖6為實施例1中纖維氈分離前油包水型乳化液的光學顯微圖片。
[0029]圖7為實施例1中纖維氈分離后油包水型乳化液的光學顯微圖片。
【具體實施方式】
[0030]一種用于分離乳化油的金屬纖維氈改性技術，包括以下步驟:
[0031](1)金屬纖維氈前處理:將纖維氈依次放入乙醇和丙酮溶液，超聲清洗后，取出再放入1M鹽酸水溶液中處理，以去除油污和氧化皮，最后用去離子水洗凈，烘干備用；
[0032](2)金屬纖維氈預粗糙化:采用化學刻蝕法，將金屬纖維氈預粗糙化；所述化學刻蝕法是將金屬纖維氈放入FeCl3和的HC1混合水溶液中，并加入少量無水乙醇，先超聲震蕩，以去除氣泡，使刻蝕液完全浸入纖維氈內部，然后室溫放置一段時間，使刻蝕反應充分進行。
[0033](3)金屬纖維氈表面納米結構構建:采用濕化學法，將金屬纖維氈倒置懸浮于2mol/L Κ0Η 和 0.25mol/L Zn (N03) 2溶液中，30 ?60°C水浴，800 ?1500r/min 磁子攪拌或100W功率超聲條件下，生長2?6h后取出，依次用去離子水、無水乙醇沖洗，吹干，在纖維氈骨架表面獲得ZnO納米椎結構；
[0034](4)乳化油的制備:油包水乳液(體積比5% )
[0035]①將0.06g(0.05% )表面活性劑(Span 80)加入到57mL十六烷中至全部溶解。
[0036]②加入3ml去離子水，2000?5000r/min高速攪拌5?lOmin，直至出現乳化現象，且渾濁度不再變化；
[0037]③將混合物取出，超聲5?lOmin，使其均勻。
[0038](5)乳化油的分離:將不銹鋼纖維氈放入20mL的油中，超聲1?3min，使纖維氈被油液完全潤濕，隨后取出，用自制的油水分離裝置進行油包水型乳化液的分離。
[0039]所述待改性的金屬纖維氈孔徑在5?20 μ m之間。
[0040]所述預粗糙化，刻蝕液為0.1?0.3g/ml的FeCl3和10?30 %的HC1混合水溶液，并加入1/2?l/4vol的無水乙醇以降低液體表面張力。
[0041]所述刻蝕反應過程中先用100W功率超聲震蕩2?lOmin，然后室溫刻蝕10?60min，使纖維氈內部骨架刻蝕充分。
[0042]所述配制的油包水型乳化油的體積比是5%，將油、水和span80混合液5000r/min高速攪拌5min，直至出現乳化現象，且渾濁度不再變化，然后超聲震蕩5min，使乳化液更均勻。
[0043]所述分離乳化油時，先將