纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水面浮油污染治理技术领域，尤其涉及一种纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石油资源作为现代工业的“血液”在推动人类生产生活飞速发展的同时也给人类带来众多环境问题。由于自然或人为因素导致水体油污染事故频发，给生态环境和经济带来重大损失。现有的水面浮油清除方法主要有:燃烧法、化学法、生物法、撇油法、膜分离法和吸附法等。其中燃烧法、化学试剂絮凝法效率高，但存在残渣，易造成二次污染；生物降解法环保无污染，但周期长，不适合处理大型突发事故；撇油法清除洁净度低，仅适合处理较厚的油层；膜分离法清除洁净度高，但效率过低，成本高，不适合处理大规模浮油污染；吸附法利用吸油棉可有效清除水面浮油，同时可回收利用，适合应急处理大型突发漏油事故，且成本较低，是目前最常用的处理方法。现有的吸油棉多为聚丙烯纤维毡或吸油索，通过贴敷于受污染水面来吸收浮油，之后通过人工或机械方式收集处理，过程复杂，且废弃物多，处理效果仍不太理想。因此，亟需开发基于吸附法的新型连续化高效水面浮油回收方法。
[0003]国内专利CN103469774A公开了一种水域溢油回收装置及方法，该专利是通过将市售的聚丙烯吸油毡包覆于一根管体带孔的软管上，通过连接的抽吸装置实现吸附油污的连续化分离；国内专利CN103276707A以及德国《应用化学》杂志(Angew.Chem.-1nt.Ed.2014，53 (14)，3612-3616)分别公开并报道了一种浮油收集设备及其制备方法和应用，通过将一根管子直接插入经过亲油疏水改性后的多孔材料中，再通过抽吸装置实现油污的连续化吸附分离。然而，上述专利所涉及的水面浮油收集装置采用的均是单根集油管道内置于吸油材料内部，与吸附材料的连接口仅是通过单一管子上的单一开孔，对于材料吸附油类的集输作用有限，且极易导致管孔堵塞，工作效率较低。另一方面，在吸附有油污的条件下，高的抽吸力作用会在单根管子与材料的结合处发生应力集中，导致吸附材料发生形变，与吸油管道发生剥离，造成装置无法稳定运行。此外，上述专利公开的装置所采用的吸附材料为市售的海绵或无纺布，由于材料结构尺寸大、比表面积小、孔隙率低、结构单一，所得装置对于水面浮油的分离效率和通量有限且性能可调性较差，无法满足实际应用需求。纳米纤维泡沫是一种具有高比表面积、高孔隙率、高孔隙连通性的三维体型材料，具有灵活的结构可调性和稳定性，可作为新型高效水面浮油回收装置的基础吸附材料，但现今尚无基于纳米纤维泡沫的浮油分离装置方面相关的研宄报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种能够对于水面浮油可实现快速高效吸附基于纳米纤维泡沫的浮油分离装置及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置，其特征在于，包括浮油吸附模块，所述的浮油吸附模块包括保护网罩、设于保护网罩内的超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫、以及分布在超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫中的集油毛细管网，集油毛细管网连接主输油管，主输油管连接泵，泵连接储油罐。
[0006]优选地，所述的主输油管设有多个拓展接口，用于与多组浮油吸附模块的集油毛细管网连接。
[0007]本发明还提供了上述的纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置的制备方法，其特征在于，具体步骤包括:
[0008]第一步:将集油毛细管网植入纳米纤维泡沫中；
[0009]第二步:对内置有集油毛细管网的纳米纤维泡沫进行超亲油疏水处理，得到超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫；
[0010]第三步:将超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫封装到保护网罩中得到浮油吸附模块；
[0011]第四步:将集油毛细管网连接主输油管，主输油管连接泵，泵连接储油罐，形成纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置。
[0012]优选地，所述的纳米纤维泡沫为纳米纤维相互交联构成的三维开孔泡沫状材料。
[0013]优选地，所述的纳米纤维泡沫的体积密度为0.1?1000mg/cm3，平均孔径为0.01?100 μ m，比表面积为I?2000m2/g。
[0014]优选地，所述的集油毛细管网为枝状且管壁带有孔洞，管道内径为I?15_，管壁孔径为0.5?1mm0
[0015]优选地，所述的将集油毛细管网植入纳米纤维泡沫中是指:在纳米纤维泡沫材料制作过程中直接将集油毛细管网嵌入到材料中或将集油毛细管网置于纳米纤维泡沫材料夹层中间并进行粘合封装。
[0016]优选地，所述的超亲油疏水改性方法为:高压静电喷涂法、磁场诱导自组装法、蒸汽扩散法、微波原位聚合法和原位相变组装法中的一种或多种的组合。
[0017]优选地，所述的将纳米纤维泡沫封装到保护网罩时采用呋喃树脂粘合剂进行粘合封装。
[0018]本发明所用纳米纤维开孔泡沫具有高比表面积和三维开孔结构。通过内置集毛细管网，不仅提升了对油类的分离输送能力，同时提高了吸附材料结构的稳定性，结合附加的低压力抽吸装置，可以实现快速高效的水面浮油的吸附分离，且分离出来的油纯度高。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020](I)本发明采用的纳米纤维开孔泡沫不同于传统泡沫材料，其框架结构是由纳米纤维组成，具有更高的比表面积、高孔隙率、高孔隙连通性以及优异的力学性能，如图2所示。通过表面物理化学改性或材料本体性能设计可实现超亲油疏水的效果，对于水面浮油可实现快速高效吸附。
[0021](2)本发明利用纳米纤维开孔泡沫体型结构以及内部连通的孔道，通过内置的集油毛细管道网络极大的增加了油类的集聚速率，可连续快速抽离吸附的油污，实现连续化高效水面浮油回收。同时在吸附材料内部分布的毛细管网同时可以起到支撑作用，保障材料吸附油污后结构的稳定性，确保装置的高效率稳定运行。
[0022](3)本发明提供的纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置制备工艺简单，所用原料来源广，可采用的功能化改性方法多，装置结构可设计性强，且成本低廉，适用于一系列不同工况下的应用，在水面漏油污染处理领域具有极大的应用前景及商业价值。
[0023](4)本发明制备工艺简单、生产成本低、操作方便、拓展性强、可根据需求选择不同规格和数量的回收装置连接油泵、储油罐，形成水面浮油回收系统。可对水面浮油实现高效连续化吸附分离、分离出的油品纯度高，在环境污染治理、油品纯化等领域都具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0024]图1是纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置结构示意图
[0025]图2是超亲油疏水纳米纤维泡沫SEM图
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。以下实施例中的纳米纤维泡沫为纳米纤维相互交联构成的三维开孔泡沫状材料，可以在上海东翔纳米科技有限公司购买到，其制备方法为首先将纳米纤维均匀分散在对其不具有溶解性的溶剂中，随后采用冷冻法将分散液凝固成型，进一步采用冷冻干燥法去除凝固的溶剂，最后将干燥后的纳米纤维泡沫前驱体进行热交联处理，最终获得纳米纤维泡沫。本发明所述的在纳米纤维泡沫材料制备过程中直接将集油毛细管网嵌入到材料中是指将纳米纤维均匀分散在对其不具有溶解性的溶剂中后，将集油毛细管网置于所述得的分散液中，随后采用冷冻法将分散液凝固成型，并进行后续步骤。
[0027]本发明提供的一种纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置，该装置是基于纳米纤维开孔泡沫超高的比表面积、高孔隙率、连通的孔结构，通过内置的集油毛细管网，结合附加的抽吸装置，可以实现快速的水面浮油吸附分离，分离出来的油纯度高。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，为纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置结构示意图，所述的纳米纤维泡沫基水面浮油连续化回收装置，包括浮油吸附模块，所述的浮油吸附模块包括保护网罩1、设于保护网罩I内的超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫4、以及分布在超亲油疏水纳米纤维开孔泡沫4中的集油毛细管网2，集油毛细管网2连接主输油管3，主输油管3连接泵5，泵5连接储油罐6。所述的主输油管设有多个拓展接