可实现油水分离的装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及到油水分离领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业含油污水排放的加剧和海上石油泄漏事故的增多，如何高效快捷地将油水分离是亟待解决的技术问题。目前，有着超亲水-超疏油及超疏水-超亲油的特殊润湿性表面由于其对水和油的不同浸润性而被广泛用于油水分离的方案中。
[0003]其中，超疏水-超亲油粗糙网片曾被用作水油分离的工具，然而由于网孔的亲油性，当油渗入时极易粘附和堵塞网孔，导致分离效率不高且网片使用寿命缩短。除此之外，这种材料不适用于密度比水小的轻油，水会将油和粗糙网片分隔开，使油无法与之接触并渗入。为解决这一问题，超亲水-超疏油材料引起了关注，由于油的表面自由能很低，在空气中实现超疏油需要高度粗糙的多级微纳米结构和极低表面自由能修饰，受水中鱼鳞表面启发，多种水中超疏油网片被制备，这大大提高了分离效率，却也因为高昂的材料、设备和制备过程的费用无法大规模生产，另外，金属网片粗糙结构的化学腐蚀过程也会造成一定的环境问题。
【发明内容】
[0004]为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种简单、廉价、高效且可以大规模使用的油水分离装置及方法。
[0005]本发明的技术解决方案是:
[0006]—种可实现油水分离的装置，用于分离油水混合物，其特殊之处是:包括上下均设置有开口的过滤容器、将过滤容器上下隔开的支撑滤网、铺设在支撑滤网上的一层细沙、设置在过滤容器下开口下方的接水容器;所述支撑滤网的孔径小于细沙的粒径;所述细沙为被水润湿的细沙。
[0007]上述细沙的粒径在130μπι到270μπι之间。
[0008]上述铺设的细沙层厚度大于9mm。
[0009]上述支撑滤网为纱布或金属丝编制网。
[0010]—种可实现油水分离的方法，包括以下步骤:
[0011]步骤I)将细沙铺设在上下均开口的过滤容器内的滤网上方;所述滤网将容器隔成上下两部分；
[0012]步骤2)用适量的水将细沙全部润湿；
[0013]步骤3)将油水混合物从重力式分离装置的上方缓慢倒在过滤容器的细沙上；
[0014]步骤4)用接水容器收集过滤容器下部开口处流出的水；留在细沙上方的液体即为从油水混合物中分离出的油。
[0015]上述方法，还可包括再次分离步骤:
[0016]步骤5)取出分离出的油之后，重复步骤3和步骤4。
[0017]上述细沙的粒径在130μηι到270μηι之间。
[0018]上述铺设的细沙厚度大于9mm。
[0019]上述油水混合物为癸烷、十二烷、十六烷、芝麻油、原油、柴油、汽油、液体石蜡或氯仿与水的混合物。
[0020]本发明的优点:
[0021 ] 1、本发明步骤过程简单，细沙价格低廉且可以大规模使用，油水分离的效率很高，不会造成环境污染。
[0022]2、另外，本发明分离过程只受到重力作用，无需外力辅助。
[0023]3、本发明可实现不同密度油的油水混合物分离，包括癸烷、十二烷、十六烷、芝麻油、原油、柴油、汽油，液体石蜡和氯仿等。
【附图说明】
[0024]图1是本发明可实现油水分离的装置结构示意图(油水分离前)；
[0025]图2是本发明可实现油水分离的装置结构示意图(油水分离后)；
[0026]图3中，(a)是实验用细沙的选取地一腾格尔沙漠；(b)是油滴在湿润细沙上的形态，有着高接触角的类球形；(c)(d)(e)是细沙的电镜图；(f)是水滴滴落在干燥沙层表面并迅速渗入的过程图。
[0027]图4是水中油滴与湿润沙层的接触状态;其中，(a)(b)分别是重油和轻油在润湿沙层上的形态图，均呈现球形；(C)油滴与润湿沙层之间的粘附性测量实验图，粘附性很低；(d)(e)分别是重油和轻油的滚动角测量实验图。
[0028]图5、图6是用于验证本发明油水分离装置及方法的实验过程图。
[0029]图1、图2中序号名称:1.油水混合物1-1.油1-2.水2.细沙层3.支撑滤网4.容器。
【具体实施方式】
[0030]本发明可实现油水分离的装置，用于分离油水混合物，包括上下均设置有开口的过滤容器、将过滤容器上下隔开的支撑滤网、铺设在支撑滤网上的一层细沙、设置在过滤容器下开口下方的接水容器;支撑滤网的孔径小于细沙的粒径;细沙为被水润湿的细沙;细沙的粒径在130μπι到270μπι之间；铺设的细沙层厚度大于9mm;支撑滤网为纱布或金属丝编制网。
[0031 ]本发明可实现油水分离的方法，包括以下步骤:
[0032]步骤I)将细沙铺设在上下均开口的过滤容器内的滤网上方;所述滤网将容器隔成上下两部分；
[0033]步骤2)用适量的水将细沙全部润湿；
[0034]步骤3)将油水混合物从重力式分离装置的上方缓慢倒在过滤容器的细沙上；油水混合物可以为癸烷、十二烷、十六烷、芝麻油、原油、柴油、汽油、液体石蜡或氯仿与水的混合物。
[0035]步骤4)用接水容器收集过滤容器下部开口处流出的水；留在细沙上方的液体即为从油水混合物中分离出的油。
[0036]为了实现多次分离，还可包括:
[0037]步骤5)取出分离出的油之后，重复步骤3和步骤4。
[0038]本发明原理:
[0039]本发明选择随处可见且目前无法被开发利用的细沙作为分离的工具。沙粒的主要成分氧化硅，是一种本征亲水物质，而沙粒表面的粗糙结构增强了其亲水性，使沙粒为超亲水物质。当被水浸湿后，沙粒之间的空隙及沙粒的粗糙结构内很容易被水填满形成水垫，油滴在其上形成Cassie模型状态，粘附性很低，赋予浸湿的细沙很好的超亲水-超疏油特性。另外，沙层中沙粒之间存在很大的空隙。该两种性质使得沙层拥有极强的吸水性能，也即沙层表现出极强的超亲水性。
[0040]水下油滴与沙层间粘附性测量结果为接触角的范围为146°到151.5°，滚动角都小于10°，粘附性低。
[0041]电镜图中，沙粒的直径为130μπι到270μπι之间，表面并不光滑而是修饰着微尺度粗糙纹理，而且覆盖着大量纳米颗粒和碎片。
[0042]图3反映了沙层的超亲水性:图(c-e)是沙层的电镜图像，如图(C)中看到沙粒之间有很大的空隙，图(e)中沙粒表面分布着微尺度粗糙纹理结构，二者导致沙层的超亲水性。水滴的渗透速度测量如图(f)所示，水滴可在0.03s之内快速浸入沙层，是对沙层超亲水性的试验验证。图(b)反应了浸润沙层的超疏油性。
[0043]图4反应了在水中油滴(重油和轻油)在润湿沙层上面的高接触角和低滚动角，SP润湿沙层的水下超疏油特性。
[0044]本发明的验证试验，参见图5。
[0045]步骤一、如图(a)所示，用铁架台将两个圆柱形塑料管拼接固定，管间放置一层纱布；
[0046]步骤二、往纱布上均匀铺一层至少I厘米厚的细沙，下管处放置烧杯接受分离后的液体;从上面的管中倒入少量水将其浸润;如图(b)所示。
[0047]步骤三、如图(c)，将提前染色的油水混合物倒入上管中。为观察方便，其中水被亚甲蓝染为蓝色，图中显示为浅色，油被油红染为红色，图中显示为深色；如图(d)所示，水穿过沙层而油被阻隔，且上管中无残留的水，实现油水分离；同时可以验证不同密度油的分离效果；
[0048]步骤四、继续多次倒入水，仍可实现分离。
[0049]图6则反映了油水分离过程可重复多次。
【主权项】
1.一种可实现油水分离的装置，用于分离油水混合物，其特征在于:包括上下均设置有开口的过滤容器、将过滤容器上下隔开的支撑滤网、铺设在支撑滤网上的一层细沙、设置在过滤容器下开口下方的接水容器;所述支撑滤网的孔径小于细沙的粒径;所述细沙为被水润湿的细沙。2.根据权利要求1所述的可实现油水分离的装置，其特征在于: 所述细沙的粒径在130μπι到270μπι之间。3.根据权利要求2所述的可实现油水分离的装置，其特征在于: 所述铺设的细沙层厚度大于9mm。4.根据权利要求3所述的可实现油水分离的装置，其特征在于: 所述支撑滤网为纱布或金属丝编制网。5.可实现油水分离的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I)将细沙铺设在上下均开口的过滤容器内的滤网上方;所述滤网将容器隔成上下两部分； 步骤2)用适量的水将细沙全部润湿； 步骤3)将油水混合物从重力式分离装置的上方缓慢倒在过滤容器的细沙上； 步骤4)用接水容器收集过滤容器下部开口处流出的水；留在细沙上方的液体即为从油水混合物中分离出的油。6.根据权利要求5所述的可实现油水分离的方法，其特征在于: 所述细沙的粒径在130μπι到270μπι之间。7.根据权利要求6所述的可实现油水分离的方法，其特征在于: 所述铺设的细沙厚度大于9_。8.根据权利要求5或6或7所述的可实现油水分离的方法，其特征在于:还包括再次分离步骤，具体包括 步骤5)取出分离出的油之后，重复步骤3和步骤4。9.根据权利要求8所述的可实现油水分离的方法，其特征在于: 所述油水混合物为癸烷、十二烷、十六烷、芝麻油、原油、柴油、汽油、液体石蜡或氯仿与水的混合物。
【专利摘要】本发明涉及一种可实现油水分离的装置及方法。该装置包括上下均设置有开口的过滤容器、将过滤容器上下隔开的支撑滤网、铺设在支撑滤网上的一层细沙、设置在过滤容器下开口下方的接水容器；支撑滤网的孔径小于细沙的粒径；细沙为被水润湿的细沙。首先将细沙铺设在上下均开口的过滤容器内的滤网上方；再用适量的水将细沙全部润湿；再将油水混合物从重力式分离装置的上方缓慢倒在过滤容器的细沙上；再用接水容器收集过滤容器下部开口处流出的水；留在细沙上方的液体即为从油水混合物中分离出的油。本发明步骤过程简单，细沙价格低廉且可以大规模使用，油水分离的效率很高，不会造成环境污染。
【IPC分类】B01D24/12, B01D17/02
【公开号】CN105498315
【申请号】CN201510979755
【发明人】陈烽, 杨青, 雍佳乐, 边浩, 杜广庆
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月23日