专利名称：一种油水分离装置及制备方法
技术领域：
本发明属于化学工艺装置技术领域，主要涉及的是一种多功能油水分离装置及制备方法，该装置同时兼有围油栏、溢油吸附、撇油器以及油水分离的功能。
背景技术：
现代社会的飞速发展，使得人类面临的资源与能源问题不断加剧。目前，石油等传统易耗能源的储量不断下降，油价上涨，都在时刻影响着人类的日常生活和社会活动。为此，人们逐渐加强了海上石油资源的开采与利用，从而造成了开采过程中溢油事故频发的严重问题；与此同时，随着海上石油贸易的蓬勃发展，海上石油运输以及石油装卸过程中存在的漏油引发事故引起了广泛关注。此外，化工生产以及原油的二期、三期开采过程中，油水分离也是高能耗的问题，尤其是如何原位实现高效、低能耗地将水中的油收集；再者，实验室中如何将有机溶剂高效地从水中分离出来也是要解决的问题之一。目前，世界范围内的漏油收集主要集中在使用撇油器、吸油毡和机械回收等方式。 各种撇油器的原理有所不同，堰式撇油器是通过油水的比重不同，调节堰口高度正好在油层下面，然后使油流入集油槽中，而水被挡在外面。这种方法限制性较大，因为我们必须知道油层的厚度，而且这样往往会收集的是油水的混合物。其它撇油器都是利用吸油材料的作用，通过亲油材料与溢油的接触，将溢油吸附到材料中，然后经过挤压或刮片的方式将油回收，这样的方法虽然较简单，但效率很低，而且工作量很大。还有如喷洒消油剂以及生物降解的方法都是将溢油原位的处理，而没有将其回收利用。这些方法共同存在着成本高、操作复杂、高耗能以及效率低等缺点。因此，需要发展一种多功能集成的油水分离装置，使其能同时兼具围油栏、溢油吸附、撇油器以及油水分离的功能，从而简化海上溢油处理的装置和方式，提高溢油处理的效率，降低成本、减少能耗。在现代化工生产中，化学反应与分离过程是能耗大户，特别是分离过程在整个化工生产过程的能耗中所占的比例高达50 70%，而且在对大型的石油工业和以化学反应为中心的石油化工生产过程的投资预算中，分离装置的费用占总投资的50 90%。随着化工工艺的改进和优化，在现有设备体系基础上进行内改造，发展节能分离新材料并应用于大型化工生产，不仅将对减轻能耗、减少投资成本产生重要经济意义，也将为环境友好的绿色化工生产作出贡献。此外，我国是石油资源相对匮乏的国家，目前石油开采业呈现以下特点主力油田进入开发中后期，油田综合含水率上升，含油污水的处理量也逐渐增加，开采时间长的油井含水达到90%以上，分离成本增高，生产效益下降，增产难度大。因而保障国家石油安全的战略也从单纯的“开源”向“开源”与“节流”并重的方向转变，在现有的储油水平下，发展低耗高效油品处理技术，加速研发出适应油田废水处理的节能分离纯化技术已经成为一个重大需求和极具世界性的挑战性课题。实现节能、高效的油水分离在石油化工、冶金制造以及海上溢油处理等方面具有重要的研究意义，对于解决石油资源浪费、提高能源利用率以及降低环境污染有重要的战略意义。因而，油水分离技术一直是国内外石油化工、能源利用等方面的研究热点。目前已知的油水分离方法主要有重力式分离、离心式分离、电分离、吸附分离和气浮分离等。其中， 重力式分离成本较低，但是只能脱除原油中的自由水，对于溶解水和乳化水则无能为力。离心式分离可以达到分离自由水和乳化水的目的，然而离心设备价格较高，日常维护困难，目前只应用于实验室分析。电脱分离在用电蒸发处理含水量较高的原油乳状液时，会产生电击穿而无法建立极间必要的电场强度，不能单独使用，只能作为其他处理方法的后序工艺。 吸附分离和气浮分离也同样存在分离不彻底和设备成本较高等问题。因此，发展简单易行的分离方法、低成本低能耗的分离装置和原位高效的回收效率是未来油水分离发展的重要方向，也是现有方法的瓶颈所在
发明内容
本发明目的在于克服已有技术中繁琐的技术以及复杂的实施过程，而提供一种低成本低能耗的油水分离装置的制备方法，实现化工过程中油份的原位高效回收，适用于煤油、汽油、柴油、机油以及甲苯、二氯甲烷等不与水互溶的有机溶剂。—种具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的装置，其特征在于该装置是由金属网基板及沉积在其表面的纳米金属银颗粒组成，表面修饰有低表面能物质。所述的金属泡沫网是泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝以及泡沫合金。所述的低表面能物质是正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、十八烷基三甲基硅氧烷以及氟代硫醇和氟代硅氧烷之一。本发明的目的是通过如下技术措施实现的1)、将泡沫金属网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声波清洗三次，鼓风干燥箱中烘干。2)、配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液腐蚀液氢氟酸与硝酸银配的浓度分别是 氢氟酸 1. 0-6. Omol/L，硝酸银在 5-200mmol/L。3)、将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到70°C水浴加热后的氢氟酸/硝酸银腐蚀溶液中，金属泡沫网在氢氟酸/硝酸银腐蚀溶液中腐蚀5-20min后取出，蒸馏水冲洗后烘干。4)、烘干后的装置浸泡到低表面能物质的乙醇溶液中，取出后蒸馏水冲洗烘干。得到具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的装置。本发明所涉及的是具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的油水分离装置，它是利用无电电化学沉积的方法将纳米金属银颗粒沉积到备好的金属泡沫网基板上， 然后在表面直接修饰自组装硫醇单分子层。通过放大25倍的扫描电子显微镜可以观察到在泡沫金属基底上凸凹不平的网孔内及表面，都有大量的银沉积，而2000倍的效果显示这些银以微纳米结构形成一些银簇。这样的结构经过低表面能的硫醇分子修饰以后，可以形成一种超疏水的表面，同时可以实现超亲油的效果。本发明油水分离装置是具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的油水分离装置具有多功能集成的油水分离装置，可以广泛应用于油、水净化处理以及海面溢油回收。 该油水分离装置在石化、工矿、冶金、家用、环保等领域同样具有广泛的应用前景。1、本发明的装置具有疏水效果好，亲油速度快的特点，可以用于油水分离和漏油收集。
2、本发明的装置，可以广泛的应用于海上石油开采作业 ，能够持续不断的将泄露的油类物质回收。3、本发明的装置，可以用于水中污油的处理，可以对水资源实现净化处理。4、本发明的装置，可以分离实验室废液中的有机溶剂，实现废液的分类处理。5、本发明的装置，在家庭厨房中用来处理废弃的食用油，可以高效的将食用油、水分离。6，本发明的装置具有超疏水/超亲油的效果，可以实现自清洁的效果。7，本发明的装置制备方法简单，流程时间短，效率高。8，本发明的装置可以稳定操作，可以承受至少120°C的高温，而且在高温下仍可以进行漏油收集。9，本发明的装置具有普适性，对汽油、煤油、柴油、原油等以及有机溶剂进行吸收回收。10，本发明的装置具有可循环使用的特点，多次使用后回收效率仍不会降低。
图1本发明制备的油水分离装置的表面的光学照片图；图2本发明制备的油水分离装置的实物光学照片图；图3体积为4μ L的水滴滴到该发明的油水分离装置表面的形状图；图4体积为4μ L的油滴滴到该发明制备的油水分离装置表面的形状图；图5本发明制备的装置进行油水分离的实验的俯视照片；图6本发明制备的装置进行原油/水分离实验的光学照片。
具体实施例方式下面结合实施例子及附图对本发明的技术方案作进一步的描述实施例1 1、将泡沫镍网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声波清洗三次，鼓风干燥箱中烘干。2、配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液。氢氟酸与硝酸银配制成浓度分别是氢氟酸 5. Omol/L，硝酸银在 0. 02mol/Lo3、设置水浴锅的温度70°C，将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到加热后的氢氟酸/硝酸银溶液中。4、金属泡沫网在上述溶液中被腐蚀15分钟后取出，蒸馏水冲洗后烘干。5、烘干后的装置浸泡到低表面能物质十二烷基硫醇的乙醇溶液中24小时，取出后蒸馏水冲洗烘干，得到具有油水分离功能的超疏水性/超亲油性装置。将泡沫镍网基板换做泡沫铜或泡沫铝网基板均可得到同样效果。实施例2:1、将泡沫镍网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声波清洗三次，鼓风干燥箱中烘干。2、配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液。取氢氟酸与硝酸银配制成浓度分别是氢氟酸 4. Omol/L，硝酸银在 0. 02mol/Lo3、设置水浴锅的温度70°C，将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到加热后的氢氟酸/硝酸银溶液中。 4、泡沫镍在上述溶液中被腐蚀15分钟后取出，蒸馏水冲洗后烘干。5、烘干后的装置浸泡到低表面能物质十二烷基硫醇的乙醇溶液中24小时，取出后蒸馏水冲洗烘干。得到具有油水分离功能的超疏水性/超亲油性装置。将泡沫镍网基板换做泡沫铜或泡沫铝网基板均可得到同样效果。实施例3 1、将泡沫镍网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声波清洗三次，鼓风干燥箱中烘干。2、配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液。取40 %的氢氟酸与硝酸银配制成浓度分别是氢氟酸4. 6mol/L，硝酸银在0. 05mol/Lo3、设置水浴锅的温度70°C，将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到加热后的氢氟酸/硝酸银溶液中。4、泡沫镍在上述溶液中被腐蚀10分钟后取出，蒸馏水冲洗后烘干。5、烘干后的装置浸泡到低表面能物质的乙醇溶液中24小时，取出后蒸馏水冲洗烘干。得到具有油水分离功能的超疏水性/超亲油性装置。将泡沫镍网基板换做泡沫铜或泡沫铝网基板均可得到同样效果。实施例4 1，取50ml甲苯，用油溶蓝78号染色剂染色进行标记，以便于观察。2，将染色的甲苯加入到准备好的盛有150ml水的烧杯中，然后将本发明的超疏水
/超亲油装置放入其中。3，将进入装置的甲苯不断吸出，直到装置中不再出现甲苯聚集。4，量筒测量回收的甲苯的体积，计算回收率，达到95%以上。实施例5 1，取50ml煤油，用油溶蓝78号染色剂染色进行标记，以便于观察。2，将染色的煤油加入到准备好的盛有150ml水的烧杯中，然后将本发明的超疏水
/超亲油装置放入其中。3，将进入装置的煤油不断吸出，直到装置中不再出现煤油聚集。4，量筒测量回收的煤油的体积，计算回收率，达到95%以上。实施例6 1，取50ml橄榄油，用油溶蓝78号染色剂染色进行标记，以便于观察。2，将染色的橄榄油加入到准备好的盛有150ml水的烧杯中，然后将本发明方法制备的超疏水/超亲油装置放入其中。3，将进入装置的橄榄油不断吸出，直到装置中不再出现橄榄油聚集。4，量筒测量回收的橄榄油的体积，计算回收率，达到95%以上。实施例7 1，取IOml石油原油，将其加入到盛有150ml水的烧杯中，然后将本发明方法制备的油水分离装置放入其中。2，将渗透进入装置内部的石油原油不断用吸管吸出，直到装置中不再出现石油原油聚集。3，量筒测量回收的石油原油的体积，计算回收率，达到90%以上。
实施例8 1，取IOml石油原油，将其加入到盛有150ml水的烧杯中。2，用乳化剂搅拌烧杯中石油原油与水lOmin，转速12，OOOr/min，得到乳化状混合液，模拟深海溢油事故中极难处理的乳状油水混合物。3，将本发明方法制备的装置放入其中，将渗透进入装置内部的石油原油不断用吸管吸出，直到装置中不再出现石油原油聚集。4，量筒测量回收的石油原油的体积，计算回收率，达到90%以上。本发明制备的油水分离装置的表面的光学照片图见图1 ；本发明制备的油水分离装置的实物光学照片图见图2 ；体积为4μ L的水滴滴到该发明的油水分离装置表面的形状见图3 ；体积为4μ L的油滴滴到该发明制备的油水分离装置表面的形状见图4 ；本发明制备的装置进行油水分离的实验的俯视照片见图5 ；本发明制备的装置进行原油/水分离实验的光学照片见图6。
权利要求
1.一种具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的装置，其特征在于该装置是由金属网基板及沉积在其表面的纳米金属银颗粒组成，表面修饰有低表面能物质。
2.权利要求1的具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)、将泡沫金属网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声波清洗三次，鼓风干燥箱中烘干；2)、配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液腐蚀液氢氟酸与硝酸银配的浓度分别是氢氟酸 1. 0-6. Omol/L，硝酸银在 5-200mmol/L ；3)、将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到70°C水浴加热后的氢氟酸/硝酸银腐蚀溶液中，金属泡沫网在氢氟酸/硝酸银腐蚀溶液中腐蚀5-20min后取出，蒸馏水冲洗后烘干；4)、烘干后的装置浸泡到低表面能物质的乙醇溶液中，取出后蒸馏水冲洗烘干； 低表面能物质为正十二烷基硫醇、十八烷基硫醇、十八烷基三甲基硅氧烷、氟代硫醇和氟代硅氧烷之一。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的金属泡沫网是泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝以及泡沫合金。
全文摘要
本发明公开了一种油水分离装置及制备方法，属于化学工艺装置技术领域。将泡沫金属网基板交替放入乙醇和丙酮中，超声清洗、烘干；配制所需的氢氟酸/硝酸银腐蚀液；将金属泡沫网和硅片紧密结合，浸入到加热后的氢氟酸/硝酸银腐蚀溶液中，腐蚀5-20min后取出，蒸馏水冲洗后烘干；烘干后的装置浸泡到低表面能物质乙醇溶液中，取出后蒸馏水冲洗烘干。该具有溢油吸附、撇油器和油水分离多功能集成的装置是由金属网基板及沉积在其表面的纳米金属银颗粒组成，表面修饰有低表面能物质。该装置具有超疏水/超亲油的效果，可实现自清洁，可以承受至少120℃的高温，在高温下仍可以进行漏油收集。制备方法简单，流程时间短，效率高。
文档编号B01D17/022GK102179067SQ20111007148
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者成梦娇, 石峰, 高永锋 申请人:北京化工大学