發泡聚丙烯對含油廢水的吸附性能研究

謝紅麗+衛新來+沈兵兵+王小丹+俞志敏

摘 要：發泡聚丙烯材料是一種性能卓越的復合材料，具有原料來源豐富、質量輕、耐化學腐蝕、可回收利用、親油疏水等優良特性。該文以發泡聚丙烯泡沫為吸油材料，研究了時間、溫度、振蕩頻率等因素對其吸附柴油性能的影響。結果顯示：（1）發泡聚丙烯具有優異的飽和吸油能力，其飽和吸附倍率為9.5g/g，飽和吸附時間為25min；（2）吸油速率隨著溫度升高而加快，在30℃下發泡聚丙烯泡沫的吸附速率達到最高；（3）振蕩頻率的增加，可以促進發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附作用；（4）改性后的發泡聚丙烯泡沫與普通發泡聚丙烯泡沫相比，更具有良好的處理效果，其中以添加陶粉改性的發泡聚丙烯泡沫材料的處理效果最佳，對柴油的飽和吸附倍率為10.5g/g。

關鍵詞：發泡聚丙烯；吸附性能；吸附倍率；污水

中圖分類號 X703.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）22-90-03

石油有“黑色黃金”、“經濟血液”之稱，廣泛應用于國民經濟的各個領域[1]。伴隨著我國經濟的快速發展和對能源需求的增加，其應用范圍還在繼續拓展，消耗量也日趨增大[2]。在原油的開采、加工、運輸、煉制和使用過程中，由于受到工藝水平和處理技術的限制，大量含油類物質的廢水、廢渣不可避免地被排入到水體中，對海洋生態環境和淡水生態環境造成了極大的破壞[3-4]。水中的溢油、油漬不僅降低海洋和淡水環境的質量，影響食物鏈的循環，破壞生態平衡，還威脅著人類的健康。而要解決這些問題，就迫切需要開發出高效、耐用、清潔的吸油材料[5-7]。吸油材料主要可分為三大類，即無機吸油材料、有機合成吸油材料和有機天然吸油材料[8]。發泡聚丙烯泡沫是一種性能卓越的高結晶復合材料，具有親油性、疏水性以及良好的吸附性能，易制備、可重復使用。發泡聚丙烯泡沫不僅可回收再利用，而且可以自然降解，不會造成白色污染，因而被稱為“綠色”泡沫[9]。聚丙烯泡沫由于其良好的力學性能、優良的耐熱性能及利于環境保護的性質，是繼傳統的聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及聚乙烯泡沫之后的新一代泡沫材料，有著廣泛的應用前景。

1 材料和方法

1.1 實驗材料與設備 發泡聚丙烯泡沫由合肥匯通中科材料有限公司提供，其基本物理性質如下：發泡倍率30，比表面積4.13m2/g，堆密度42kg/m3，開孔率>80%，孔徑50～150μm。0#柴油購于中石化加油站，電子分析天平（SN028）由陜西環宇儀器設備有限公司生產，數顯恒溫水浴鍋（HH-4）和恒溫振蕩器（DS-52）由上海南榮實驗設備有限公司生產。

1.2 實驗方法 本實驗主要研究發泡聚丙烯對含油廢水的處理效果，設定不同的時間、溫度、震蕩頻率，測其吸油倍率，并對發泡聚丙烯泡沫材料進行改性處理，測定改性后的吸附能力。為了使實驗結果滿足重現性，實驗條件控制在20℃。吸油倍率的計算是利用在一定時間內單位材料所吸附的油量來表征，公式如下：

[吸油倍率=泡沫吸附后重量-泡沫吸附前重量泡沫吸附前重量]

2 結果與討論

2.1 不同時間對發泡聚丙烯泡沫吸附性能的影響 從圖1可以看出，泡沫聚丙烯泡沫材料對柴油的吸附能力強，隨著時間的增加，其吸油量也隨之增加。在0～10min的吸油過程中，吸油動力較大，儲油空間也較大，所以吸油速度快，吸油量增幅較大，其中在2min時吸油倍率達到7.4g/g，在10min達到8.8g/g。超過10min，隨著吸附時間的延長，材料吸油量趨勢發生轉變，出現緩慢上升的情況。25min之后，其吸油量基本保持不變，并且在此區間吸油倍率達到最大值，呈飽和吸附狀態。

2.2 不同的溫度對發泡聚丙烯泡沫吸附性能的影響 同種材料對不同吸附質，甚至對同種吸附對象在不同溫度的情況下，其吸附性能是不一樣的。實驗選取5min吸油時間來研究溫度變化對發泡聚丙烯泡沫吸油性能的影響。由圖2可以看出，隨著溫度的增加，發泡聚丙烯泡沫對柴油的5min吸附倍率呈現增長的趨勢。原因是溫度的升高，導致油品的粘度發生變化，從而改變油向各種材料內部間隙擴散的擴散系數，進而影響到了材料的吸油性能。一般而言，油品的粘度小，吸油材料的吸油性能也高。由圖2還可以看出，在0～10℃，吸附曲線上升比較緩慢；在10～25℃，材料對柴油的吸附倍率增長較快，25℃時吸附倍率達8.5g/g；在25～40℃，材料對柴油的吸附倍率雖有一定的增長，但增長十分緩慢，這可能是由于25℃以后溫度升高對油品的粘度影響越來越小?？傮w來說，溫度對發泡聚丙烯泡沫的影響比較明顯，溫度的升高更有利于提高材料的吸附量。

圖2 溫度對發泡聚丙烯泡沫吸附柴油的影響

2.3 不同震蕩頻率對發泡聚丙烯泡沫吸附性能的影響 實驗采用恒溫振蕩器來研究發泡聚丙烯泡沫材料對柴油吸附性能的影響，設定振蕩頻率為0次/min、10次/min、20次/min、30次/min、40次/min、50次/min、60次/min，控制溫度為20℃，吸附時間分別為5min和1h，測定發泡聚丙烯泡沫材料對柴油的吸油量，如圖3所示。由圖3可以看出，當吸油時間為5min時，隨著振蕩頻率的增加，發泡聚丙烯泡沫材料對柴油的吸油量是逐漸增加的，吸油量由振蕩頻率為0次/min時的8.2g/g左右增加到當振蕩頻率為60次/min的8.9g/g左右，說明增加振蕩頻率有利于提高發泡聚丙烯泡沫材料對柴油的吸附速率，即可以提高發泡聚丙烯泡沫材料的吸附性能；當吸油時間設定為1h時，隨著振蕩頻率的增加，發泡聚丙烯泡沫材料對柴油的吸油量基本保持在9.3g/g左右不變，說明此時吸油量已經達到飽和狀態，振蕩頻率的增加對發泡聚丙烯泡沫材料的吸油性能的影響很小甚至沒有影響。

圖3 震蕩頻率對發泡聚丙烯泡沫吸附效果的影響

2.4 改性發泡聚丙烯泡沫對柴油吸附結果 發泡聚丙烯泡沫的吸附性能除了與吸附時的環境條件有關，還與本身的性質有很大關系。為進一步增加其吸油能力，分別添加20%的陶粉和活性炭對泡沫材料進行改（下轉123頁）（上接91頁）性。改性后的發泡聚丙烯泡沫在溫度為20℃，靜態條件下對柴油的飽和吸附效果如圖4所示。從圖4可以看出，不同類型材料的飽和吸附量是有差別的，其中普通發泡聚丙烯材料對柴油的飽和吸附量為9.2g/g，添加陶粉改性的發泡聚丙烯泡沫材料為10.5g/g，添加活性炭改性的發泡聚丙烯泡沫材料為9.7g/g。說明改性后的發泡聚丙烯泡沫與普通發泡聚丙烯泡沫相比，更具有良好的處理效果，其中以添加陶粉改性的發泡聚丙烯的吸附倍率最高。改性后的發泡聚丙烯之所以會達到這樣的效果，其原因可能在于：一是陶粉和活性炭成分本身就具有較好的吸附性能，二是改性后的發泡聚丙烯的結構發生了一些變化，從而增強了吸附性能。

圖4 改性發泡聚丙烯泡沫的飽和吸附倍率

3 結論

通過在不同影響因素下對發泡聚丙烯材料吸附含油廢水性能的測試，結果表明：

（1）發泡聚丙烯泡沫浸入柴油后的吸油倍率能在25min達到9.5g/g，超過25min后發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附倍率曲線趨于水平，增長緩慢，說明已經基本達到吸附飽和。溫度的升高有利于提高材料的吸附量，在30℃時發泡聚丙烯泡沫的吸附速率最高。

（2）隨著振蕩頻率的增加，發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附速率逐漸上升，但震蕩頻率的高低對泡沫材料的飽和吸附倍率沒有影響。

（3）改性后的發泡聚丙烯材料與普通發泡聚丙烯材料相比，更具有良好的處理效果，其中以陶粉改性發泡聚丙烯泡沫材料的處理效果最佳，對柴油的飽和吸附倍率為10.5g/g。

參考文獻

[1]王文華，邱金泉，寇希元，等.吸油材料在海洋溢油處理中的應用研究進展[J].化工新型材料，2013，41（7）：151-154.

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[9]Abdullah M.A.，Rahmah Anisa，Man Z. Physicochemical and sorption characteristics of Malaysian Ceiba pentandra（L.）gaertn. as a natural oil sorbent[J].Journal of Hazardous Materials，2010，177（1-3）：683-691.

（責編：張宏民）

圖3 震蕩頻率對發泡聚丙烯泡沫吸附效果的影響

2.4 改性發泡聚丙烯泡沫對柴油吸附結果 發泡聚丙烯泡沫的吸附性能除了與吸附時的環境條件有關，還與本身的性質有很大關系。為進一步增加其吸油能力，分別添加20%的陶粉和活性炭對泡沫材料進行改（下轉123頁）（上接91頁）性。改性后的發泡聚丙烯泡沫在溫度為20℃，靜態條件下對柴油的飽和吸附效果如圖4所示。從圖4可以看出，不同類型材料的飽和吸附量是有差別的，其中普通發泡聚丙烯材料對柴油的飽和吸附量為9.2g/g，添加陶粉改性的發泡聚丙烯泡沫材料為10.5g/g，添加活性炭改性的發泡聚丙烯泡沫材料為9.7g/g。說明改性后的發泡聚丙烯泡沫與普通發泡聚丙烯泡沫相比，更具有良好的處理效果，其中以添加陶粉改性的發泡聚丙烯的吸附倍率最高。改性后的發泡聚丙烯之所以會達到這樣的效果，其原因可能在于：一是陶粉和活性炭成分本身就具有較好的吸附性能，二是改性后的發泡聚丙烯的結構發生了一些變化，從而增強了吸附性能。

圖4 改性發泡聚丙烯泡沫的飽和吸附倍率

3 結論

通過在不同影響因素下對發泡聚丙烯材料吸附含油廢水性能的測試，結果表明：

（1）發泡聚丙烯泡沫浸入柴油后的吸油倍率能在25min達到9.5g/g，超過25min后發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附倍率曲線趨于水平，增長緩慢，說明已經基本達到吸附飽和。溫度的升高有利于提高材料的吸附量，在30℃時發泡聚丙烯泡沫的吸附速率最高。

（2）隨著振蕩頻率的增加，發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附速率逐漸上升，但震蕩頻率的高低對泡沫材料的飽和吸附倍率沒有影響。

（3）改性后的發泡聚丙烯材料與普通發泡聚丙烯材料相比，更具有良好的處理效果，其中以陶粉改性發泡聚丙烯泡沫材料的處理效果最佳，對柴油的飽和吸附倍率為10.5g/g。

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[9]Abdullah M.A.，Rahmah Anisa，Man Z. Physicochemical and sorption characteristics of Malaysian Ceiba pentandra（L.）gaertn. as a natural oil sorbent[J].Journal of Hazardous Materials，2010，177（1-3）：683-691.

（責編：張宏民）

圖3 震蕩頻率對發泡聚丙烯泡沫吸附效果的影響

2.4 改性發泡聚丙烯泡沫對柴油吸附結果 發泡聚丙烯泡沫的吸附性能除了與吸附時的環境條件有關，還與本身的性質有很大關系。為進一步增加其吸油能力，分別添加20%的陶粉和活性炭對泡沫材料進行改（下轉123頁）（上接91頁）性。改性后的發泡聚丙烯泡沫在溫度為20℃，靜態條件下對柴油的飽和吸附效果如圖4所示。從圖4可以看出，不同類型材料的飽和吸附量是有差別的，其中普通發泡聚丙烯材料對柴油的飽和吸附量為9.2g/g，添加陶粉改性的發泡聚丙烯泡沫材料為10.5g/g，添加活性炭改性的發泡聚丙烯泡沫材料為9.7g/g。說明改性后的發泡聚丙烯泡沫與普通發泡聚丙烯泡沫相比，更具有良好的處理效果，其中以添加陶粉改性的發泡聚丙烯的吸附倍率最高。改性后的發泡聚丙烯之所以會達到這樣的效果，其原因可能在于：一是陶粉和活性炭成分本身就具有較好的吸附性能，二是改性后的發泡聚丙烯的結構發生了一些變化，從而增強了吸附性能。

圖4 改性發泡聚丙烯泡沫的飽和吸附倍率

3 結論

通過在不同影響因素下對發泡聚丙烯材料吸附含油廢水性能的測試，結果表明：

（1）發泡聚丙烯泡沫浸入柴油后的吸油倍率能在25min達到9.5g/g，超過25min后發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附倍率曲線趨于水平，增長緩慢，說明已經基本達到吸附飽和。溫度的升高有利于提高材料的吸附量，在30℃時發泡聚丙烯泡沫的吸附速率最高。

（2）隨著振蕩頻率的增加，發泡聚丙烯泡沫對柴油的吸附速率逐漸上升，但震蕩頻率的高低對泡沫材料的飽和吸附倍率沒有影響。

（3）改性后的發泡聚丙烯材料與普通發泡聚丙烯材料相比，更具有良好的處理效果，其中以陶粉改性發泡聚丙烯泡沫材料的處理效果最佳，對柴油的飽和吸附倍率為10.5g/g。

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[9]Abdullah M.A.，Rahmah Anisa，Man Z. Physicochemical and sorption characteristics of Malaysian Ceiba pentandra（L.）gaertn. as a natural oil sorbent[J].Journal of Hazardous Materials，2010，177（1-3）：683-691.

（責編：張宏民）