納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水面浮油污染治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油資源作為現(xiàn)代工業(yè)的“血液”在推動(dòng)人類生產(chǎn)生活飛速發(fā)展的同時(shí)也給人類帶來(lái)眾多環(huán)境問(wèn)題。由于自然或人為因素導(dǎo)致水體油污染事故頻發(fā)，給生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)重大損失?，F(xiàn)有的水面浮油清除方法主要有:燃燒法、化學(xué)法、生物法、撇油法、膜分離法和吸附法等。其中燃燒法、化學(xué)試劑絮凝法效率高，但存在殘?jiān)?，易造成二次污染；生物降解法環(huán)保無(wú)污染，但周期長(zhǎng)，不適合處理大型突發(fā)事故；撇油法清除潔凈度低，僅適合處理較厚的油層；膜分離法清除潔凈度高，但效率過(guò)低，成本高，不適合處理大規(guī)模浮油污染；吸附法利用吸油棉可有效清除水面浮油，同時(shí)可回收利用，適合應(yīng)急處理大型突發(fā)漏油事故，且成本較低，是目前最常用的處理方法。現(xiàn)有的吸油棉多為聚丙烯纖維氈或吸油索，通過(guò)貼敷于受污染水面來(lái)吸收浮油，之后通過(guò)人工或機(jī)械方式收集處理，過(guò)程復(fù)雜，且廢棄物多，處理效果仍不太理想。因此，亟需開發(fā)基于吸附法的新型連續(xù)化高效水面浮油回收方法。
[0003]國(guó)內(nèi)專利CN103469774A公開了一種水域溢油回收裝置及方法，該專利是通過(guò)將市售的聚丙烯吸油氈包覆于一根管體帶孔的軟管上，通過(guò)連接的抽吸裝置實(shí)現(xiàn)吸附油污的連續(xù)化分離；國(guó)內(nèi)專利CN103276707A以及德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》雜志(Angew.Chem.-1nt.Ed.2014，53 (14)，3612-3616)分別公開并報(bào)道了一種浮油收集設(shè)備及其制備方法和應(yīng)用，通過(guò)將一根管子直接插入經(jīng)過(guò)親油疏水改性后的多孔材料中，再通過(guò)抽吸裝置實(shí)現(xiàn)油污的連續(xù)化吸附分離。然而，上述專利所涉及的水面浮油收集裝置采用的均是單根集油管道內(nèi)置于吸油材料內(nèi)部，與吸附材料的連接口僅是通過(guò)單一管子上的單一開孔，對(duì)于材料吸附油類的集輸作用有限，且極易導(dǎo)致管孔堵塞，工作效率較低。另一方面，在吸附有油污的條件下，高的抽吸力作用會(huì)在單根管子與材料的結(jié)合處發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致吸附材料發(fā)生形變，與吸油管道發(fā)生剝離，造成裝置無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。此外，上述專利公開的裝置所采用的吸附材料為市售的海綿或無(wú)紡布，由于材料結(jié)構(gòu)尺寸大、比表面積小、孔隙率低、結(jié)構(gòu)單一，所得裝置對(duì)于水面浮油的分離效率和通量有限且性能可調(diào)性較差，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。納米纖維泡沫是一種具有高比表面積、高孔隙率、高孔隙連通性的三維體型材料，具有靈活的結(jié)構(gòu)可調(diào)性和穩(wěn)定性，可作為新型高效水面浮油回收裝置的基礎(chǔ)吸附材料，但現(xiàn)今尚無(wú)基于納米纖維泡沫的浮油分離裝置方面相關(guān)的研宄報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)τ谒娓∮涂蓪?shí)現(xiàn)快速高效吸附基于納米纖維泡沫的浮油分離裝置及其制備方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置，其特征在于，包括浮油吸附模塊，所述的浮油吸附模塊包括保護(hù)網(wǎng)罩、設(shè)于保護(hù)網(wǎng)罩內(nèi)的超親油疏水納米纖維開孔泡沫、以及分布在超親油疏水納米纖維開孔泡沫中的集油毛細(xì)管網(wǎng)，集油毛細(xì)管網(wǎng)連接主輸油管，主輸油管連接泵，泵連接儲(chǔ)油罐。
[0006]優(yōu)選地，所述的主輸油管設(shè)有多個(gè)拓展接口，用于與多組浮油吸附模塊的集油毛細(xì)管網(wǎng)連接。
[0007]本發(fā)明還提供了上述的納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置的制備方法，其特征在于，具體步驟包括:
[0008]第一步:將集油毛細(xì)管網(wǎng)植入納米纖維泡沫中；
[0009]第二步:對(duì)內(nèi)置有集油毛細(xì)管網(wǎng)的納米纖維泡沫進(jìn)行超親油疏水處理，得到超親油疏水納米纖維開孔泡沫；
[0010]第三步:將超親油疏水納米纖維開孔泡沫封裝到保護(hù)網(wǎng)罩中得到浮油吸附模塊；
[0011]第四步:將集油毛細(xì)管網(wǎng)連接主輸油管，主輸油管連接泵，泵連接儲(chǔ)油罐，形成納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置。
[0012]優(yōu)選地，所述的納米纖維泡沫為納米纖維相互交聯(lián)構(gòu)成的三維開孔泡沫狀材料。
[0013]優(yōu)選地，所述的納米纖維泡沫的體積密度為0.1?1000mg/cm3，平均孔徑為0.01?100 μ m，比表面積為I?2000m2/g。
[0014]優(yōu)選地，所述的集油毛細(xì)管網(wǎng)為枝狀且管壁帶有孔洞，管道內(nèi)徑為I?15_，管壁孔徑為0.5?1mm0
[0015]優(yōu)選地，所述的將集油毛細(xì)管網(wǎng)植入納米纖維泡沫中是指:在納米纖維泡沫材料制作過(guò)程中直接將集油毛細(xì)管網(wǎng)嵌入到材料中或?qū)⒓兔?xì)管網(wǎng)置于納米纖維泡沫材料夾層中間并進(jìn)行粘合封裝。
[0016]優(yōu)選地，所述的超親油疏水改性方法為:高壓靜電噴涂法、磁場(chǎng)誘導(dǎo)自組裝法、蒸汽擴(kuò)散法、微波原位聚合法和原位相變組裝法中的一種或多種的組合。
[0017]優(yōu)選地，所述的將納米纖維泡沫封裝到保護(hù)網(wǎng)罩時(shí)采用呋喃樹脂粘合劑進(jìn)行粘合封裝。
[0018]本發(fā)明所用納米纖維開孔泡沫具有高比表面積和三維開孔結(jié)構(gòu)。通過(guò)內(nèi)置集毛細(xì)管網(wǎng)，不僅提升了對(duì)油類的分離輸送能力，同時(shí)提高了吸附材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，結(jié)合附加的低壓力抽吸裝置，可以實(shí)現(xiàn)快速高效的水面浮油的吸附分離，且分離出來(lái)的油純度高。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020](I)本發(fā)明采用的納米纖維開孔泡沫不同于傳統(tǒng)泡沫材料，其框架結(jié)構(gòu)是由納米纖維組成，具有更高的比表面積、高孔隙率、高孔隙連通性以及優(yōu)異的力學(xué)性能，如圖2所示。通過(guò)表面物理化學(xué)改性或材料本體性能設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超親油疏水的效果，對(duì)于水面浮油可實(shí)現(xiàn)快速高效吸附。
[0021](2)本發(fā)明利用納米纖維開孔泡沫體型結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部連通的孔道，通過(guò)內(nèi)置的集油毛細(xì)管道網(wǎng)絡(luò)極大的增加了油類的集聚速率，可連續(xù)快速抽離吸附的油污，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化高效水面浮油回收。同時(shí)在吸附材料內(nèi)部分布的毛細(xì)管網(wǎng)同時(shí)可以起到支撐作用，保障材料吸附油污后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保裝置的高效率穩(wěn)定運(yùn)行。
[0022](3)本發(fā)明提供的納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置制備工藝簡(jiǎn)單，所用原料來(lái)源廣，可采用的功能化改性方法多，裝置結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，且成本低廉，適用于一系列不同工況下的應(yīng)用，在水面漏油污染處理領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景及商業(yè)價(jià)值。
[0023](4)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、操作方便、拓展性強(qiáng)、可根據(jù)需求選擇不同規(guī)格和數(shù)量的回收裝置連接油泵、儲(chǔ)油罐，形成水面浮油回收系統(tǒng)?？蓪?duì)水面浮油實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)化吸附分離、分離出的油品純度高，在環(huán)境污染治理、油品純化等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖2是超親油疏水納米纖維泡沫SEM圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。以下實(shí)施例中的納米纖維泡沫為納米纖維相互交聯(lián)構(gòu)成的三維開孔泡沫狀材料，可以在上海東翔納米科技有限公司購(gòu)買到，其制備方法為首先將納米纖維均勻分散在對(duì)其不具有溶解性的溶劑中，隨后采用冷凍法將分散液凝固成型，進(jìn)一步采用冷凍干燥法去除凝固的溶劑，最后將干燥后的納米纖維泡沫前驅(qū)體進(jìn)行熱交聯(lián)處理，最終獲得納米纖維泡沫。本發(fā)明所述的在納米纖維泡沫材料制備過(guò)程中直接將集油毛細(xì)管網(wǎng)嵌入到材料中是指將納米纖維均勻分散在對(duì)其不具有溶解性的溶劑中后，將集油毛細(xì)管網(wǎng)置于所述得的分散液中，隨后采用冷凍法將分散液凝固成型，并進(jìn)行后續(xù)步驟。
[0027]本發(fā)明提供的一種納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置，該裝置是基于納米纖維開孔泡沫超高的比表面積、高孔隙率、連通的孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)內(nèi)置的集油毛細(xì)管網(wǎng)，結(jié)合附加的抽吸裝置，可以實(shí)現(xiàn)快速的水面浮油吸附分離，分離出來(lái)的油純度高。
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1所示，為納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述的納米纖維泡沫基水面浮油連續(xù)化回收裝置，包括浮油吸附模塊，所述的浮油吸附模塊包括保護(hù)網(wǎng)罩1、設(shè)于保護(hù)網(wǎng)罩I內(nèi)的超親油疏水納米纖維開孔泡沫4、以及分布在超親油疏水納米纖維開孔泡沫4中的集油毛細(xì)管網(wǎng)2，集油毛細(xì)管網(wǎng)2連接主輸油管3，主輸油管3連接泵5，泵5連接儲(chǔ)油罐6。所述的主輸油管設(shè)有多個(gè)拓展接