水凈化用油水分離NDM/Cu（OH）2 纖維膜制備及效果實驗

韓存長

（國機集團常州江南環境工程有限公司，江蘇 常州 213012）

0 引言

水是人類生命之源,直接關系到人體的健康。如果水質不達標,其中的有害物質可能會引發各種疾病,如胃腸病、皮膚病、傳染病等。目前，國內外都在進行油水分離技術的研究[1-2]，特別是對水性乳劑的處理和分離具有一定的難度[3-4]。與其他種類的油水混合料相比，水包油對油水分離技術的需求較大，而且難以進行有效的治理，對生態環境的污染日益嚴重，已嚴重地制約了工業的發展[5]。因此，對油、水兩相乳液進行高效分離與純化是目前亟待解決問題。

膜基技術具有抗乳化性和處理廢水的作用，特別是對含表面活性劑型的乳狀物具有良好的治理作用[6-7]。但采用膜分離技術對油、水的混合液進行處理時，由于膜物質對界面活性劑和高黏性的油顆粒進行了吸收，導致膜的通量小、污染嚴重、分離效果明顯降低，從而大大提高了廢水的處理成本[8]。近年來，利用重力式油水分離機和吸油技術，利用獨特的可潤濕性能和微小納米結構的物質，實現了油液相分離[9-10]。

本文研制了一種正十二烷基硫醇[（NDM）/Cu（OH）2]纖維膜[NDM/Cu（OH）2纖維膜]，以采集微小的油珠，從而達到水包油乳劑中連續、有效地捕捉到微小油珠的效果。

1 實驗設計

1.1 NDM/Cu（OH）2 纖維膜的制備

將泡沫銅（孔數110 ppi，厚0.8 mm），紫銅片（厚0.4 mm）剪成7 cm×7 cm 的正方形。

將經電泳發泡銅浸沒于2.5 mol/LNaOH、0.13 mol/L K2SO4的溶液中。將其置于40 ℃的真空爐中進行24 h烘干，以獲得具有超高親水性的Cu（OH）2泡沫。在完成該反應后，將其在酒精中進行5 min 的超聲波處理，并于40 ℃下進行烘干，以獲得NDM/Cu（OH）2纖維膜。纖維膜的宏觀和微觀照片見圖1 所示。纖維膜具有大約200 μm 的密度納米針體。通過油水分離器進行油水乳液的分離，具有很大的排斥力，因此具有很高的吸附能力。

圖1 纖維膜的宏觀和微觀照片

1.2 連續油水分離裝置設計

連續油水分離裝置照片見圖2 所示。在兩片鄰近的NDM/Cu（OH）2纖維膜之間放置一定數目的NBR襯套來保持各自的捕捉器間隔（0.1～0.5 mm），然后用兩片7 cm×7 cm 的專用的截取，通過一個蠕動泵將油和水的混合物從一個有機玻璃管內注入。

圖2 連續油水分離裝置照片

1.3 實驗方案

油-水分離器的工作原理及試驗設備見圖3 所示。在NDM/Cu（OH）2纖維膜中，加入了NBR 襯套，保持了0.1～0.5 mm 的夾緊間隔，NDM/Cu（OH）2纖維膜間隙用作捕捉和收集微米級的油滴。通過油珠本身的引力，可以將聚集在NDM/Cu（OH）2纖維膜氣缸中的大油珠聚集到一起。

圖3 實驗裝置機理圖

2 結果與討論

2.1 水包油乳液分離

研究了用油水連續分離器對各種黏度的水包油乳劑進行分離的性能。連續油水分離效率結果見表1所示。從表1 可以看出，隨著油水分離器的流速降低，其對水包油的乳狀物分離效果會更好。能夠將不含表面活性劑的水包正己烷乳化且無表面活性劑的穩定性好，分離效果達91%以上。

表1 連續油水分離效率

2.2 分離性能

時間與油含量和分離效率的關系見表2 所示。油、水分離設備對油滴顆粒大小的影響是其使用情況的一個關鍵因素。采用油水分離機對相同顆粒大小的水包油膜進行處理，研究其在99%以上的分離效果時，應對最大限度的捕捉機間隔進行控制。

表2 時間與油含量和分離效率的關系

液捕獲器間距與分離效率的關系見表3 所示。從表3 可以看出，當油滴直徑為28～48 μm 時，濾網間隔為0.2 mm 時，其分離效果大于99%。當油滴直徑為16～28μm 時，在0.1 mm 的捕集槽間隔下，油-水分離機的分離效果大于99%。這表明，隨著乳液油的顆粒尺寸增大，分離設備要實現一定的分離效果，可控的夾具間隔就會變得更大，即彈性工作的空間也會變得更大，實現了對水性乳劑進行處理。

表3 液捕獲器間距與分離效率的關系

3 結論

開展水凈化用油水分離NDM/Cu（OH）2纖維膜制備及效果實驗研究，取得如下結果：

1）無表面活性劑水包甲苯乳油的顆粒尺寸分布很均勻，0～65 μm 時以大顆粒為主；具有穩定的表面活性劑型的水包甲基苯乳液具有更好的微粒尺寸，為31 μm 和50 μm。

2)在油-水分離中，其分離效果大于99%。當油滴直徑為16～28 μm 時，在0.1 mm 的捕集槽間隔下，油-水分離機的分離效果大于99%。

該研究具有很好的實際應用效果，但是在面對一些重金屬領域存在效率低的問題，期待后續引入等離子技術進行加強。