一种含油污水电场破乳电极的制备方法与流程

本发明属于含油污水处理
技术领域：
，具体涉及一种含油污水电场破乳电极的制备方法。
背景技术：
：水中油类污染物是工业污水中常见的污染物类型，含油污水在石油开采、石油炼制、食品加工、机械制造等众多行业中都有产生。目前，含油污水处理技术包括隔油、混凝沉淀、气浮、过滤等技术。对于油滴粒径相对较大、乳化程度较低的含油污水而言，采用隔油、气浮、过滤等物理技术，依靠油水密度差异等有效实现水中油类污染物的去除，然而对于高乳化的含油污水(如化学驱油采出水等)，水中油滴粒径小、油滴性质稳定，油水分离难度更高。对于众多含油污水处理技术而言，要实现高度乳化含油污水的有效除油，首先应解决的就是高效破乳，打破油水乳化液的稳定状态，才能通过气浮等物理除油工艺，有效实现油水分离。采用混凝沉淀技术处理含油污水，向水中投加pac等化学破乳剂，通过压缩污水中分散相油滴的双电层结构等作用机理，达到化学破乳的目的。然而，该工艺需要向污水中投加pac等混凝剂(一般150mg/l以上)，反应后会产生大量油泥，该油泥为危险废物，不仅处理处置成本较高，大量油泥的产生对污水处理的日常运行带来繁重的维护工作。相比化学破乳技术，近年来电场破乳技术具有无化学药剂添加、油泥产生量少、设备紧凑高效等优点，逐渐受到研究人员的关注。然而，以往电场破乳技术的研究应用对象以w/o型乳化液的破乳脱水为主(例如原油中电场破乳脱水等)，而对于o/w型乳化液的电场破乳(如含油污水)则研究相对较少。目前，直接采用铁、铝等金属电极材料，极易产生电极溶解、钝化等问题，难以长期有效保持电极的破乳效能。高乳化含油污水电场破乳处理亟需更为高效、稳定的电极材料。对于含油污水电场破乳技术而言，要实现其工程应用，需要解决的重要问题之一就是要确保在污水处理过程中电极材料高效、稳定。现有技术中已公开的相关申请案，如中国专利公开号为cn88200107u(1989年7月26日公开)的专利公开了一种新型高压静电破乳器电极，该专利中以金属铜为电极基板，基板外层包覆0.5-4mm厚的聚偏氟乙烯或聚氟乙烯，在电压为2-20kv的电场条件下，对油包水型(w/o)乳化液(如原油)进行电场破乳。该电极用于原油等w/o型乳化液的电场破乳，由于表面包覆致密的绝缘高分子有机物涂层，属于高压电极，当乳化液中水含量较高时会发生击穿的现象，不能用于含油污水的电场破乳。中国专利申请号201911169514.9(2020年3月31日公开)的专利公开了一种钛基亚氧化钛电极的制备方法，该方法以金属钛板为基板，通过直流溅射的方法，在钛基底上制备二氧化钛层，再将二氧化钛层还原为亚氧化钛层,制得亚氧化钛电极。该方法制备的电极主要用于废水中有机物的电催化氧化去除，电极制备需要使用价格较昂贵的金属钛等材料，对制备材料、设备、操作条件等要求相对较高。中国专利申请号201910373223.5(2019年8月6日公开)的专利公开了一种同心圆双电极放电等离子体o/w乳化液破乳装置，该装置在金属电极周围套有石英材质的隔绝介质，在金属电极上施加高压电场，在隔绝介质外部会有电子富集，从而产生破乳电场。由于石英材料对电极电场的屏蔽作用，会使得隔绝介质外部产生的电场强度相对较弱，一方面难以满足含油污水电场破乳的场强要求，另一方面也会造成电能的浪费。此外，部分研究人员直接采用铁、铝等金属作为破乳电极，进行了电场破乳的相关工艺研究，证明了低压电场对于高乳化含油污水的破乳有效性。但直接采用铁、铝等金属电极材料，极易产生电极溶解、钝化等问题，难以长期有效保持电极的破乳效能，该问题始终未能得到有效的解决。鉴于以上原因，特提出本发明。技术实现要素：为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种含油污水电场破乳电极的制备方法，本发明制备的电极与传统金属电极相比，溶解和钝化现象得到了有效的缓解，在确保电场破乳效果的同时，提高了电极的使用寿命。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含油污水电场破乳电极的制备方法，包括如下步骤：(1)表面超声除杂：将金属基板浸泡在水中，在超声的条件下，去除金属基板表面的固体类杂物；(2)表面酸洗除油：将超声处理后的金属基板浸泡在酸性溶液中，去除金属表面的油污，干燥，备用；(3)强酸氧化：将干燥后的金属基板浸泡在硫酸中，在金属表面形成金属氧化物薄膜；(4)清洗干燥：冲洗去除金属基板表面的硫酸，干燥，备用；(5)疏水膜包覆：将步骤(4)备用的金属基板表面包覆一层疏水性有机多孔薄膜，得到所述的含油污水电场破乳电极。进一步的，步骤(1)中所述的金属基板为铁或铝。进一步的，金属基板的厚度为1.0-2.0mm。进一步的，步骤(1)中超声的频率为28-40khz，超声处理的时间为15-30min。进一步的，步骤(2)中所述的酸性溶液为硫酸或盐酸溶解在水中制得。进一步的，所述的酸性溶液的质量百分比浓度为0.5-3％。进一步的，酸性溶液的温度为20-40℃。进一步的，步骤(2)中超声处理后的金属基板在酸性溶液中的浸泡时间为10-20min。进一步的，步骤(3)中所述的硫酸的质量百分比浓度为72-98％。进一步的，金属基板在硫酸中浸泡的时间为30-45min。进一步的，步骤(4)中采用去离子水冲洗金属基板表面的硫酸，冲洗时间小于2min。金属基板表面形成金属氧化物，金属氧化物提高了基板的抗钝化能力。进一步的，冲洗后金属基板表面残余水分的ph＞6.0。进一步的，步骤(5)中所述的疏水性有机多孔薄膜的材料为聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯。进一步的，所述的疏水性有机多孔薄膜的厚度为0.5-1.0mm。本发明的疏水性有机多孔薄膜由于表面的微孔孔径较小，只允许水分子及无机盐离子通过，而粒径相对较大的油滴在电极间外部电场作用下，向薄膜表面聚集运动，促进油滴在薄膜表面聚结，但由于其粒径较大不能通过薄膜上的微孔。该薄膜一方面能防止油滴直接在金属极板表面聚集，形成油污钝化膜层，另一方面其疏水性能，能有效促进油滴聚结效果。进一步的，所述的疏水性有机多孔薄膜表面具有微孔结构，孔径为0.1-0.5μm。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明中的电极选用传统铁、铝金属、聚四氟乙烯等材料为原料，材料易得且价格低廉，降低了电极的生产成本，从而降低电场破乳技术的投资运行成本；(2)本发明制备的电极与传统金属电极相比，溶解与钝化现象得到了有效缓解，在确保电场破乳效果的同时，提高了电极的使用寿命；(3)本发明制备的电极可以适用于直流、脉冲直流等多种电场形式，能够应用于油田采出水、炼油污水、食品加工含油污水、机械加工含油污水等多种高乳化含油污水的破乳，与传统物理油水分离工艺的效率相比预处理能力显著提高，具有广阔的推广应用前景。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明的含油污水电场破乳电极的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。如图1所示为本发明的含油污水电场破乳电极的制备方法的流程示意图。实施例1本实施例的一种含油污水电场破乳电极的制备方法，包括如下步骤：(1)表面超声除杂：将金属基板浸泡在水中，金属基板选择为铁板，金属基板的厚度为1.0mm，在超声的条件下，去除金属基板表面的固体类杂物，超声的频率为28khz，超声处理的时间为30min；(2)表面酸洗除油：将超声处理后的金属基板浸泡在酸性溶液中10min，所述的酸性溶液为硫酸溶解在水中得到的，酸性溶液的质量百分比浓度为0.5％，酸性溶液的温度为20℃，去除金属表面的油污，在烘箱中干燥，备用；(3)强酸氧化：将干燥后的金属基板浸泡在硫酸中30min，所述的硫酸的质量百分比浓度为72％，通过化学氧化作用，在金属表面形成金属氧化物薄膜；(4)清洗干燥：采用去离子水冲洗金属基板表面的硫酸，冲洗时间小于2min，冲洗后金属基板表面残余水分的ph＞6.0在烘箱中干燥，备用；(5)疏水膜包覆：将步骤(4)备用的金属基板表面采用热烫工艺包覆一层疏水性有机多孔薄膜，所述的疏水性有机多孔薄膜的材料为聚四氟乙烯，所述的疏水性有机多孔薄膜的厚度为0.5mm，所述的疏水性有机多孔薄膜表面具有微孔结构，孔径为0.1μm，得到所述的含油污水电场破乳电极。实施例2本实施例的一种含油污水电场破乳电极的制备方法，包括如下步骤：(1)表面超声除杂：将金属基板浸泡在水中，金属基板选择为铝板，金属基板的厚度为1.5mm，在超声的条件下，去除金属基板表面的固体类杂物，超声的频率为34khz，超声处理的时间为22min；(2)表面酸洗除油：将超声处理后的金属基板浸泡在酸性溶液中15min，所述的酸性溶液为硫酸溶解在水中得到的，酸性溶液的质量百分比浓度为1.75％，酸性溶液的温度为30℃，去除金属表面的油污，在烘箱中干燥，备用；(3)强酸氧化：将干燥后的金属基板浸泡在硫酸中37.5min，所述的硫酸的质量百分比浓度为85％，通过化学氧化作用，在金属表面形成金属氧化物薄膜；(4)清洗干燥：采用去离子水冲洗金属基板表面的硫酸，冲洗时间小于2min，冲洗后金属基板表面残余水分的ph＞6.0在烘箱中干燥，备用；(5)疏水膜包覆：将步骤(4)备用的金属基板表面采用热烫工艺包覆一层疏水性有机多孔薄膜，所述的疏水性有机多孔薄膜的材料为聚丙烯，所述的疏水性有机多孔薄膜的厚度为0.75mm，所述的疏水性有机多孔薄膜表面具有微孔结构，孔径为0.3μm，得到所述的含油污水电场破乳电极。实施例3本实施例的一种含油污水电场破乳电极的制备方法，包括如下步骤：(1)表面超声除杂：将金属基板浸泡在水中，金属基板选择为铁板，金属基板的厚度为2.0mm，在超声的条件下，去除金属基板表面的固体类杂物，超声的频率为40khz，超声处理的时间为15min；(2)表面酸洗除油：将超声处理后的金属基板浸泡在酸性溶液中20min，所述的酸性溶液为硫酸溶解在水中得到的，酸性溶液的质量百分比浓度为3％，酸性溶液的温度为40℃，去除金属表面的油污，在烘箱中干燥，备用；(3)强酸氧化：将干燥后的金属基板浸泡在硫酸中45min，所述的硫酸的质量百分比浓度为98％，通过化学氧化作用，在金属表面形成金属氧化物薄膜；(4)清洗干燥：采用去离子水冲洗金属基板表面的硫酸，冲洗时间小于2min，冲洗后金属基板表面残余水分的ph＞6.0在烘箱中干燥，备用；(5)疏水膜包覆：将步骤(4)备用的金属基板表面采用热烫工艺包覆一层疏水性有机多孔薄膜，所述的疏水性有机多孔薄膜的材料为聚乙烯，所述的疏水性有机多孔薄膜的厚度为1.0mm，所述的疏水性有机多孔薄膜表面具有微孔结构，孔径为0.5μm，得到所述的含油污水电场破乳电极。试验例1配制油田采出水：称取煤油2.0ml、吐温800.2g、nacl5.0g于烧杯中，用去离子水定容至1.0l，利用t50高速剪切机，在10000rpm的速度下快速剪切10min，配制得到含油浓度约为700-1000mg/l的油田采出水，采用mastersizer2000激光粒度仪检测采出水中油滴的粒径分布范围如表1所示。表1油田采出水油滴粒径分布序号粒径大小(μm)所占体积比(v％)10～227.3722～2070.57320～2002.064200～20000分别采用实施例1-3制备的电极对上述配制的油田采出水进行电场破乳实现。取1.0l采出水加入电场破乳反应器中，极板尺寸为16cm×6.5cm，极板数量为2(阴阳极板数量各为1)，极板间距为1.5cm。设置电源参数为电压5.0v、频率10000hz、总占空比50％，启动电源，反应15min后，取液面下清液，测定其油滴粒径。电场破乳后，油滴粒径分布如表2所示。表2电场破乳后油滴粒径分布从表1和表2可以看出，采用本发明制备的电极破乳后，20μm以上油滴所占原水的比例明显提高，水中的油滴粒径得到了明显的改善，该电极对水中高度乳化的油滴具有良好的破乳效果。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12