超疏水油水分离膜与破乳膜可行性发展
采用具有多层复合结构的超疏水油水分离膜与具有立体纤维状结构的疏水破乳膜对水包油型乳化液进行先破乳再分离的组合实验研究,采用不同基底的超疏水油水分离膜对油包水型乳化液进行分离实验研究得到以下结论:
(1)将PPS-PTFE按不同比例混合,采用多层复合喷涂一高温塑化的方式制备超疏水油水分离膜,对其表面PTFE的硬度进行测试,测得其耐铅笔硬度为4H;对分离膜的附着力进行测试,其测试结果为0级;将网膜浸入浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、氢氟酸、氨水、丙酮等溶剂浸泡60天,得知其具有良好的化学稳定性。
(2)在制备的超疏水分离膜表面压制烧结PTFE脱脂薄膜,制备出具有疏水特性的破乳膜;通过接触角测量仪测量超疏水分离膜的接触角达到156. 3°,破乳膜的接触角在133°左右,柴油在超疏水分离膜与破乳膜上的接触角都接近0°。通过电镜扫面照片得知超疏水网膜表面是由微纳米级球状颗粒组成的,破乳膜表面具有纳米级纤维状拉丝结构,丝与丝之间的距离约为2μm。
(3)对破乳膜的破乳过程进行了实验研究,对于破乳后下层水中含油量采用紫外分光光度计的方法进行测量。首先对破乳膜的通量进行研究,由于膜污染的存在在破乳起始阶段膜通量在快速下降,在15min后达到稳定;同时考察了压力的影响,增加压力能显著的提升膜通量,但是会使破乳膜的破乳效率下降;采用正交实验的方法,对破乳压力、破乳膜厚度以及原料液的水中含油量进行分析,发现破乳压力、膜厚对分离有显著的影响而初始含油量对其影响不显著;在破乳压力为40KPa的条件下,采用0.4毫米的破乳膜对初始油含量为2wt%的混合物进行破乳研究,破乳所得下层水溶液中油含量为7.9mg/L 。
(4)文中采用自制的实验装置,对油水混合物进行先破乳再分离的组合实验研究。考察了原料液初始含油量和分离时间对分离过程的影响,初始油含量的增加会使分离所得水中含油量有一定的增加,但是当初始含油量超过2wt%时其影响可忽略;随着实验的进行,分离所得水中含油量在逐渐的增加,实验进行30min后水中含油量达到稳定。实验测得初始含油量为0.5wt%,在膜厚为0.3mm的破乳膜的作用下所得的水中含油量为8.4mg/L。
(5)本文对分离机理与破乳机理进行了讨论,对于分离过程存在着临界压力,当压力高于临界压力时混合液中的水与油同时流过网膜对分离过程不利,因此对于分离过程其压力应控制在临界压力以下;对于破乳过程其压力要高于临界耐水压使球型乳化液破坏,但是当压力过高时破乳效率下降。同时对破乳过程进行计算,计算所得流速为5.8X 10-4m·s-1与实验测得6.25 X 10-4m·s-1的流速相近。
(6)本实验采用自制的简易装置,运用不同孔径的超疏水油水分离膜对油包水型乳化液进行分离实验研究,采用卡尔费休测水法对油中含水量进行测量。考察了在操作压力为2KPa,原料液含水量为2wt%的条件下的处理量随时间的变化,分离开始时通量下降较快,随着时间的推移其下降逐渐平缓,在20min后达到稳定。同时研究了分离时间、分离膜孔径、操作压力以及原料液的初始含水量对分离结果的影响,随着分离时间的增加,分离所得含水量下降,在20min后达到稳定;初始水含量在减少使所得油溶液的水含量降低,但影响较小;超疏水油水分离膜的孔径越小其分离效果越好;对于分离过程存在临界压力,在临界压力以内分离后的油中含水量随压力增加较小,在临界压力以上分离效果与分离压力成类线性关系;1300目超疏水分离膜在2KP。的压力下,初始含水量为2wt%原料液的分离效率在99.75%以上,所得油中含水量最少为242mg/L。
本文测试了超疏水油水分离膜与破乳膜的各方面性质,并在理论方面验证了其对油水分离的可行性。同时使用超疏水分离膜与破乳膜对水包油型乳化液进行了先破乳在分离的组合实验研究;同时本文还考察了不同孔径的超疏水分离膜对连续相为油的油水乳化液的分离情况,实验结果表明其具有较高的分离效率;但由于时间问题在许多方面需要进一步改善,例如改进分离装置,对分离过程进行放大实验以及考察网膜对粘度更高的油质的分离效果等,希望以后的研究者能够更加深入的研究,为油水分离膜与破乳膜的工业���做出贡献。
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