[發明專利]一種具有梯度結構的超親水納米纖維膜高效處理水包油乳化液的方法

有效

• 申請號: 202011601659.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112777689B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 彭開銘;張佳路;黃翔峰;劉婉琪;熊永嬌;李樂雪;鄭維偉;賀夢凡;劉佳;陸麗君
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;B01D71/42;B01D69/12;D01D5/00;D04H1/728;D04H1/43
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

本發明提供一種具有梯度結構的超親水納米纖維膜高效處理水包油乳化液的方法，具體制備步驟為靜電紡絲制備一種具有梯度結構的超親水納米纖維膜，僅在重力作用下過濾蒸餾水預潤濕，然后再直接過濾水包油乳化液進行油水分離，濾膜僅使用清水簡單清洗后直接重復使用。本發明針對液滴粒徑從微米級到納米級的表面活性劑穩定的水包油乳化液均能實現高效油水分離，低壓驅動即可達到極高的處理通量，油截留率92.51％～99.52％，重用6次后效果未顯著衰減；本發明使用具有梯度結構的超親水納米纖維膜材料對多種納米級水包油乳化液實現了高效油水分離，材料制備便捷，運行條件溫和，油截留率與處理通量高，抗污染性能強，適用處理對象范圍廣。

技術領域

本發明屬于含油廢水處理技術領域，具體涉及一種具有梯度結構的超親水納米纖維膜高效處理水包油乳化液的方法。

背景技術

高品質金屬加工液的用量隨著我國精密機械加工行業飛速發展而與日俱增，這些金屬加工液循環使用至失效后便成為廢乳化液，廢乳化液具有極高的環境污染和生態風險，屬于危險廢棄物(代碼HW09)。機械加工廢乳化液屬于水包油乳化液，含大量礦物油和表面活性劑，乳化液中的油滴在表面活性劑的包裹作用下以微/納米級液滴穩定分散于水相中，結構穩定性極強，大大增加了破乳和油水分離難度。

近年來，膜分離技術因其操作簡便、油水分離效果好、能耗低、藥劑投加量和次生危廢產量少等優勢被認為是高效處理乳化液廢水的方法之一。然而，目前用于含油廢水處理的膜分離技術主要利用孔徑篩分的截留作用去除油類物質，為實現對納米級油滴的有效截留，往往使用超濾膜甚至納濾膜進行過濾分離，由于其膜孔極小，孔隙率較低，處理通量較低且往往需要高壓驅動。例如，公開的中國發明專利CN 111701461A使用了一種相轉化法制備的聚丙烯腈水凝膠超濾膜以處理乳化液，該膜材料的分離層膜孔致密，孔隙率相對較低，在處理1000mg/L的十二烷基硫酸鈉穩定的大豆油-水乳化液時，首先需要在2bar(200kPa)的高壓驅動下用超純水預壓1h，然后在1bar的壓力下過濾乳化液，純水的過濾通量在500LMH/bar～600LMH/bar之間，乳化液的處理通量僅約370LMH/bar；除此之外，廢乳化液廢水中的油滴極易粘附和堵塞濾水型膜材料的表面和孔道，對其造成不可逆膜污染，嚴重的膜污染對材料性能有致命性打擊，會導致降低材料處理性能和使用壽命，尤其是對通量的影響，膜嚴重污染后的滲透通量可能會衰減到僅為原始通量的2％～10％。高壓驅動和嚴重的膜污染及通量衰減嚴重限制了膜分離技術在乳化液廢水處理中的實際應用。

從膜分離技術的受限因素看，膜材料的結構特征和膜面性質對分離性能有重要影響，調整結構特征和提高膜面抗污染性能對提升油水分離效率至關重要。近年來，使用靜電紡絲法制備納米纖維膜引起諸多關注，靜電紡絲法合成簡便，省時省力，可制備出納米纖維膜，纖維結構靈活可控；相比于直孔膜，靜電紡絲納米纖維膜具有相互連通的孔徑通道，孔隙度高，可降低傳質阻力與結垢傾向，滲透通量高；進一步地，為提高膜面抗污染性能，研究者會在纖維膜表面進行改性修飾或功能化負載以提高親水性，或者耦合其他技術以提高材料的抗污染性能，以此可有效避免油滴粘附和膜污染現象，對提高材料的處理通量和油截留率有重要意義。然而目前的表面改性、功能修飾或耦合技術通常伴隨復雜的修飾方法與負載過程，而直接在制膜過程僅通過調整基本工作參數來調控纖維膜結構與性質以構建具有良好分離性能的超潤濕膜研究較少。

超親水膜基于優越的結構和性質特征可實現高效油水分離，但目前其處理對象主要是油水混合物和簡單的水包油乳化液，乳化液的油相粘度小，很少涉及粘度較高的礦物質油，且表面活性劑濃度較低甚至不含表面活性劑，液滴粒徑主要分布在微米級范圍。例如，公開的中國發明專利CN 111871238A使用超親水膜處理的乳化液所用油相均為粘度較低的甲苯和環己烷，且不含表面活性劑，液滴粒徑分布范圍在5μm～30μm。使用超親水納米纖維膜針對含表面活性劑的納米級乳化液實現高效快速油水分離仍存在一定難度和挑戰，且其在實際廢乳化液油水分離領域極少涉及，亟待開展研究和應用推廣。

發明內容