利用超双疏或双疏网膜实现通油阻水式油水分离的方法

摘要

利用超双疏或双疏网膜实现通油阻水式油水分离的方法，本发明涉及通油阻水式油水分离的方法。本发明的目的是为了解决现有油水分离方法中重力法存在分离效果较差和处理时间较长，离心法应用受限、气浮法不适用于含油比率较高的油水混合物、过滤法容易被油堵住网孔、预润湿法超双疏或双疏网膜预润湿后长期与油接触时超双疏或双疏网膜容易被油污染而导致超双疏或双疏特性降低或失去的问题。过程为：一、利用超双疏或双疏网膜对油水混合物进行过滤分离；超双疏或双疏网膜一侧与油水混合物接触；二：超双疏或双疏网膜另一侧与油或其他与油相溶液体接触，油水混合物中的水无法通过，实现阻水通油式油水分离。本发明用于油水分离技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及油水分离技术领域，尤其涉及利用超双疏或双疏网膜实现通油阻水式油水分离的方法。

背景技术

随着工业的发展，油类的大量使用和含油废水的排放迫切需要高效的油水分离技术。油田底层井液含水量的逐年增加极大的增加了开采成本，同时未处理达标的污水也会造成坏境污染，给目前石油开采和提纯带来了极大的挑战；含油污水排放到水体中并通过扩散、溶解、乳化等在水面形成油膜，阻碍水体富氧作用，破坏水资源利用价值，影响水中动植物的正常生长；含油污水排放到土壤中，阻塞土壤空隙，空气不能透入进而影响微生物和植物的正常代谢，造成农作物的减产和毒害。因此先进的油水分离技术对降低成本，控制污染，促进资源的循环利用有重要的意义。

传统的油水分离方法往往存在成本高昂、应用范围窄等问题。

重力法在实际应用中需要较大的占地面积，存在处理效率过低，分离效果较差的缺点，通常用于分离以浮油和分散油为主的油水混合物。

离心分离法和重力法类似同样利用油和水的密度差，其不同于运用混合液旋转的离心力代替重力法分离的驱动力(重力)，使混合液中密度不同的油和水产生不同的离心力，进而实现快速油水分离。但设备成本较高、结构复杂，且对几何结构参数敏感，易造成旋流器内的油滴破碎乳化而恶化分离，导致其应用受到限制。

气浮法通过向混合液中通入气体并产生大量微小气泡，利用气泡吸附作用使细小油粒和悬浮物相结合而形成絮状物并在浮力的作用下浮出水面，进而实现油水分离。该方法效率较高，但需要浮选剂配合使用，易造成二次污染，且不适用于含油比率较高的油水混合物。

过滤法分为微滤膜和网膜过滤两种，微滤膜利用微孔只能通过水分子无法通过油分子的特点实现油水分离，但其流量小、速度慢，且也容易被油堵住微孔。网膜过滤则通常具有特殊润湿性的多孔网状材料(例如疏水亲油的不锈钢网)实现通油阻水式油水分离，虽然具有分离效果好，处理时间短、结构简单、能耗低、适用多种油水混合物等优势，但却容易被高粘度的油堵住网孔或相对密度更高的水膜覆盖住网孔而失去分离能力，使得其无法得到大规模应用。

而如果可以制作双疏(疏油疏水)的网膜实现不沾油的阻水通油式的油水分离将解决以上问题与缺陷。这种网膜一方面具备着普通过滤网膜的优点(分离效果好，处理时间短、结构简单、能耗低、适用多种油水混合物)，同时由于其表面拒油拒水，不会被油或水膜堵住网孔，因此是一种较为理想的油水分离方式。

然而，双疏的表面往往会导致油和水都无法通过表面，利用双疏或超双疏网膜进行阻水通油式油水分离理论上无法实现。通过预润湿法(利用超双疏或双疏网膜实现通水阻油式油水分离的方法)可以将超双疏网膜的超双疏性临时转换为超亲水水下超疏油性，进而将其应用于通水阻油式的油水分离中，但预润湿后长期与油接触时容易被油污染而导致超双疏或双疏特性降低或失去，许多应用场景下，也需要对油水混合物进行通油阻水式分离，因此需要建立一种特殊的利用双疏或超双疏表面来实现通油阻水式油水分离的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有油水分离方法中重力法存在分离效果较差和处理时间较长，离心法应用受限、气浮法不适用于含油比率较高的油水混合物、目前的过滤法容易被油堵住网孔、预润湿法超双疏或双疏网膜预润湿后长期与油接触时超双疏或双疏网膜容易被油污染而导致超双疏或双疏特性降低或失去的问题，而提出利用超双疏或双疏网膜实现通油阻水式油水分离的方法。

利用超双疏或双疏网膜实现通油阻水式油水分离的方法具体过程为：

步骤一、利用超双疏或双疏网膜对油水混合物进行过滤分离；超双疏或双疏网膜一侧与油水混合物接触；

步骤二：超双疏或双疏网膜另一侧与油或其他与油相溶液体接触；

当与油或其他与油相溶液体接触一侧表现为超疏油或疏油时，油水混合物中的油通过超双疏或双疏网膜，而油水混合物中的水无法通过，实现阻水通油式油水分离，双疏层网膜的厚度为超双疏或双疏网膜的厚度h；

当与油或其他与油相溶液体接触一侧表现为超亲油或亲油时，油水混合物中的油通过超双疏或双疏网膜，而油水混合物中的水无法通过，实现阻水通油式油水分离，双疏层网膜的厚度为超双疏或双疏网膜疏水疏油部分的厚度。

本发明的有益效果为：

本发明提供的基于双疏或超双疏材料的通油阻水式油水分离方法仅采用一个超双疏或双疏网膜，超双疏或双疏网膜的单侧或双侧在空气中表现为超疏水超疏油或疏水疏油或超疏水疏油或疏水超疏油，使油和水均无法通过所述网膜，且不会在通油或者通水过程中迅速失效，因为它即不沾油也不沾水；原本双疏的膜与液体是三相接触(固气液)，通过合理设置网孔尺寸和网厚度以及压力，若网孔两侧的液体为相溶液体，网孔就变成可通过状态了，此时由于网膜与液体依然式三相接触，因此网膜不会被液体浸润，进而失效。

当选用超双疏或双疏网膜进行通油阻水式油水分离时，超双疏或双疏网膜一侧与油水混合物接触，超双疏或双疏网膜另一侧与油或其他与油相溶液体接触；分离过程中不会将超双疏或双疏网膜微孔堵住，即可达到分离效果好、处理时间短、不需要设备，成本及能耗低，对油水混合物种类没有限制，适用多种油水混合物的分离；本发明超双疏或双疏网膜是通油阻水的，不存在污染超双疏或双疏网膜而导致超双疏或双疏特性降低或失去的问题。

克服了传统油水分离技术的分离效果较差，处理时间长、应用受限、不适用于含油比率较高的油水混合物、设备结构复杂、成本及能耗高、分离效果有限、不适用多种油水混合物等问题。克服了传统过滤分离技术的容易被油或水膜堵住网孔导致效率大幅降低以致失效的重大缺陷。克服了预润湿法超双疏或双疏网膜预润湿后长期与油接触时超双疏或双疏网膜容易被油污染而导致超双疏或双疏特性降低或失去的问题。本发明方法分离效率提高5-10倍，能耗降为0(仅依靠重力实现分离)。

本发明所阐述的油水分离技术可仅采用一个超双疏或双疏网膜灵活的实现阻水通油式油水分离。且由于所采用的网状材料是疏油或超疏油的，油液不容易覆盖在其表面，不会在分离过程中堵塞网孔。该技术不同于以往的油水分离技术，在原理上没有缺陷，其应用将大幅提高现有油水分离设备的效率，降低油水分离设备的能耗，具有非常重要的应用前景。

附图说明

图1为本发明技术的示意图，图中：1、油水混合物；2、油；3、超疏油超疏水或疏油疏水或超疏油疏水或疏油超疏水的网状材料；情况I表示网状材料下方一侧不接触任何液体时，油水混合物均无法通过；情况II表示网状材料下方一侧接触油时，可实现阻水通油式油水分离；

图2为利用本发明方法实现油水分离的一个例子，图中：1、油；2、超疏油超疏水或疏油疏水或超疏油疏水或疏油超疏水的网状材料；3、可实现所述网状材料一侧与油接触的U型管路结构，当油水混合物注入该结构左侧管路中时，油可通过所述网状材料2，水无法通过，实现通油阻水式油水分离；

图3为本发明利用超双疏或双疏网膜实现油水分离的原理图，图中：1、油水混合物；2、油；H为上下液面间距离；h为表现为疏油疏水性材料的厚度；D为网孔孔径；P₁，P₂分别为对上方油水混合物施加的压力和下方对水施加的压力。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式利用超双疏或双疏网膜实现油水分离的方法具体过程为：

步骤一、利用超双疏或双疏网膜对油水混合物进行过滤分离(现有的超双疏或双疏网膜是阻油阻水的)；超双疏或双疏网膜一侧与油水混合物接触；

如果另一侧也是阻油阻水的润湿性，即两侧一致时，整个网膜的厚度视为双疏层厚度h，若另一侧是亲油亲水的，则需要考察双疏层的厚度，记为h。比如一个厚度为X的网膜，如果双面都加工为双疏，则双疏层的厚度h＝X，如果加工时保护一半的网膜，使得一侧为双疏，一侧为双亲，则h可大幅减小，至h＝X/2；

超双疏是指油和水与固体表面的接触角都大于155度；

双疏是指油和水与固体表面的接触角都大于90度，小于等于155度；

超疏水是指常温下水在固体表面的接触角大于155度；疏水指的是常温下水在固体表面的接触角大于90度，小于等于155度。

超疏油是指常温下油在固体表面的接触角大于155度，疏油是指常温下油在固体表面的接触角大于90度，小于等于155度。

步骤二：超双疏或双疏网膜另一侧与油或其他与油相溶液体接触；

当与油或其他与油相溶液体接触一侧表现为超疏油或疏油时，在超双疏或双疏网膜单侧或双侧对液体施加一定压力(可以通过试验找到合适的参数，一旦找到了，就固定了)或常压下，油水混合物中的油通过超双疏或双疏网膜，而油水混合物中的水无法通过，实现阻水通油式油水分离，双疏层网膜(超双疏或双疏网膜)的厚度为超双疏或双疏网膜的厚度h；

当与油或其他与油相溶液体接触一侧表现为超亲油或亲油时，在超双疏或双疏网膜单侧或双侧对液体施加一定压力或常压下，油水混合物中的油通过超双疏或双疏网膜，而油水混合物中的水无法通过，实现阻水通油式油水分离，需要考察网膜疏水疏油部分的厚度，双疏层网膜(超双疏或双疏网膜)的厚度为超双疏或双疏网膜疏水疏油部分的厚度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中与油水混合物接触的超双疏或双疏网膜表现为疏油疏水或超疏油超疏水或超疏油疏水或超疏水疏油(阻油阻水)。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤一中超双疏网膜的单侧或双侧在空气中表现为超疏水超疏油，使油和水均无法通过所述网膜。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤一中双疏网膜的单侧或双侧在空气中表现为疏水疏油，使油和水均无法通过所述网膜。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤二中其他与油相溶液体为油包水乳浊液或其它与油具有较高相溶性的有机溶剂。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述超双疏或双疏网膜网孔直径为0.001-1mm。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述超双疏或双疏网膜厚度为0.1-5mm。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

原理说明：

图3中：1、油水混合物；2、油；H为上下液面间距离；h为表现为疏油疏水性材料的厚度；D为网孔孔径；P₁，P₂分别为对上方油水混合物施加的压力和下方对水施加的压力。图中网膜与油水混合物接触一侧为疏油疏水，与水接触一侧为亲油亲水，仅为一个例子。本发明所述网状材料的要求为：

与油水混合物接触一侧为疏油疏水或超疏油超疏水或超疏油疏水或超疏水疏油，另一侧不做要求，其润湿性与计算参数相关：

阻水通油式油水分离时，另一侧与油接触，当与油接触一侧表现为超疏油或疏油时，整个网膜的厚度为双疏层的厚度h；当与油接触一侧表现为超亲油或亲油时，需要考察网膜疏水疏油部分的厚度，双疏层厚度h为网膜疏水疏油部分的厚度；

在图3中的例子中，因网膜在油水混合物一侧表现为疏油疏水，正常情况下油水混合物无法通过网孔，会在网孔处形成一个下凹液面。而当网状材料的下方与油接触时，油会完全润湿网状材料的亲水部分，在亲疏交接面处形成一个上凸液面。此时，油水混合物的液面与油面之间的距离H满足如下规律：

1.H随网孔直径D的增加而减小(通过试验确定参数)

2.H随双疏层h的减小而减小(通过试验确定参数)

3.H随P1或P2的增加而减小(通过试验确定参数)

而当H～0时，油水混合物与油会发生接触，此时油水混合物中的油就会突破网孔自由流动，而油与水互不相容，不会与下方的油产生相互作用，仍然在双疏表面的限制下停留在网孔上方，进而实现油水分离。

在工程实际中，使H减小并趋近于0的方法可以上述方法1，2，3中的一种或几种组合，可通过试验确定各个参数。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例利用超双疏或双疏网膜实现油水分离的方法具体是按照以下步骤制备的：

选取40目的不锈钢网，网孔直径为0.4mm，网整体厚度为0.32mm，首先对不锈钢网进行粗糙化处理，然后在全氟葵基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯混合溶液中浸染不锈钢网，使其在空气中双面疏油疏水，水和油均无法通过网膜。当将网膜放置于油面上时，常压下水仍然无法通过网膜，而油则可毫无阻碍的通过网膜。将该网膜应用于图2所示油水分离装置中，即可实现持续、稳定的油水分离。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。