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近年来,工业、农业、运输业及生活排出了大量的含油污水难以处理,同时石油泄漏、大气中石油烃沉降以及海底天然溢油等问题越来越严重,导致水体中的油污染对人类的健康造成危害,影响空气环境及水生动植物生长,因此研究有效处理含油污水的方法和技术具有重要意义。水体中的油污染根据粒径大小可分为悬浮油、分散油、乳化油和溶解油四种类型,其中乳化油最难分离,一般采用聚结分离方法进行处理,这种方法无二次污染、操作简便、设备成本低廉。聚结分离方法一般采用纤维过滤材料,它具有制备方法简单、使用灵活、效果优异等特点。然而传统的纤维聚结器具有床层高度大、堆叠床密度低等缺点。将纤维通过湿法成网的方式制成纤维过滤材料,可大大提高材料孔隙率,减小床层高度,还可以针对纤维介质做后处理,方便调节孔径和厚度。本文以此为出发点,主要研究内容和成果如下: (1)采用湿法成网的方法制备纤维聚结材料。详细研究了不同纤维在水中的分散及成网效果,克重、厚度对孔径分布的影响。研究了施胶方式对材料拉伸强度的影响,得到了制备孔径合适、机械强度高材料的最优条件。 (2)发明了就地乳化树脂的方法来改变和调控材料的浸润性,从而提高乳液的分离效率。将纤维表面的聚氨酯树脂(TPU)粗糙化处理,得到的材料进行SEM、红外光谱、孔径分析、接触角分析和拉伸强度等表征,发现材料粗糙化处理为物理过程,表面树脂的化学性质没有改变,仅外观变为粗糙颗粒状,且孔径分布更均匀。该处理方法使材料对水和油的润湿性也得到改善。材料的机械性能虽然较施胶后的材料有所下降,但其拉伸强度仍然是未加胶黏剂材料的20倍。用此方法制备的材料用于分离水包油乳液,发现其对比原纤维网材料(GGC)和施胶后的纤维网材料(GGC-TPU),拥有更好的分离效果,对十六烷/水乳液的分离效率达到99.6%。针对其他三种不同油的乳液也有非常好的分离效果,对正辛烷乳液分离效率达到99.5%,大豆油乳液为99.3%,机油乳液为96.5%,且渗透通量比普通的微滤膜和超滤膜大幅提高。同时,为排除吸附对分离的影响和贡献,将材料首先以油浸润饱和,然后进行油水乳液分离,发现其分离效率仍然维持较高水平。 (3)对材料制备过程中的影响因素进一步分析,考察了树脂溶剂的挥发程度、乳化溶剂的种类和乳化时间对材料的影响。发现树脂溶剂的挥发程度可以控制树脂粗糙化的程度,进而优化材料的浸润性和油水分离效率。实验考察了不同溶剂挥发程度的纤维网的表面粗糙程度、材料的亲油亲水比值(L/H)和接触角情况。应用所制备的材料对三种不同的典型表面活性剂稳定的含油乳液进行聚结分离,材料对含非离子型Tween80的乳液分离效果最好,达到98.6%,对含阳离子型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的乳液分离效率其次,达到95.5%,而对含阴离子型的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的乳液分离效果最差,仅有91.6%。对此,采用石英晶体微天平(QCM)分析材料对不同表面活性剂的吸附能力,发现对Tween80的吸附量最大,其次是阳离子表面活性剂(CTAB),对阴离子表面活性剂(SDBS)几乎没有吸附。进一步的,考察了材料对乳液的长效分离,发现对Tween80乳液的分离效率随时间延长而逐渐降低,而对CTAB和SDBS乳液的分离效率却不随时间变化,以此揭示了表面活性剂对聚结分离的影响机制。 (4)实验证明材料能够分离萃取剂和稀释剂乳液。进一步地,制备出放大材料应用于自行设计的放大聚结分离设备上。利用该设备,通过离心泵的剪切作用对事先形成的含磺化煤油水包油乳液进一步在线乳化并实时聚结分离,测试乳液分离效率随时间的变化。实验发现增加材料厚度可以有效提高乳液的分离效率但压降也随之增加;流速和初始浓度对分离效率的影响相互制约。在分离高浓度乳液的情况下,流速越低,分离效果越好;而在低浓度时,流速升高,分离效率也随之升高。研究了放大实验条件下的聚结机理,提出了适合本研究的聚结理论。