一种太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置的制作方法

本实用新型属于油水分离技术领域，尤其涉及一种太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置。

背景技术：

全球范围内的海上石油泄漏和工业含油废水的排放不仅对地球的水域生态系统造成了严重的危害，同时油类物质的弃置也是一种资源的浪费[nature2003,422,464-466]。解决上诉问题的一个有效途径是对油水混合液体进行油水分离，解决水污染问题的同时，还能对油类物质进行资源回收[small2016,12,2186-2202]。当前油水分离的技术手段主要包括网分离和物理吸附。网分离是利用具有特殊表面浸润性的网状材料，在重力的作用下对油水混合液进行过滤，只允许水通过或只允许油类物质通过[nanoscalehorizons2018,3,235-260]；物理吸附是利用具有亲油疏水性的多孔材料直接吸附漂浮在水面上的油类物质，然后再通过挤压或抽滤的方式，将油类物质回收[adv.mater.2016,28,10459-10490]。

然而，对于网分离方式而言，需要先将油水混合液体从自然环境中收集，再进行分离处理，过程耗时较长，并且水的收集和运输会导致不必要的能量消耗；另一方面，尽管物理吸附可以实现原位油水分离，且处理效率高，但是必须依托于复杂的电动机械装置，如真空泵、压榨机等，导致前期投入成本较高。例如：公开号为cn110015713a的中国专利文献公开的一种吸附除油水箱，通过串联油水分离设备与过滤设备，达到接近100％的脱油率，但是其系统复杂，且需要过滤泵进行后处理，系统成本较高。因此，开发高效、简单、低能耗甚至无能耗的油水分离系统，对解决石油泄漏、水域系统油渍污染等问题有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置。本实用新型提供的油水分离装置以自然界中的太阳能、毛细力和虹吸力作为驱动力，结构简单，不需要复杂的仪器装备，也无需额外的动力输入。

本实用新型提供如下技术方案：

一种太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置，所述油水分离装置包括u形多孔碳材料、油水混合池、挡板和油收集池；所述u形多孔碳材料呈倒u形，一端置于油水混合池，另一端置于油收集池；所述挡板竖直地位于油水混合池和油收集池之间。

所述油水混合池用于盛放油类和水的混合液体；所述油收集池用于盛放被分离的油类液体；所述挡板用于隔离油水混合池中的液体与油收集池中的液体。

所述油水混合池可以是任意容器或开放的空间，如：玻璃缸、铁桶、湖、海等；所述油收集池可以是任意容器，如：玻璃缸、铁桶等；所述油水混合池和油收集池可以是一个整体。

所述油水混合池内的油类和水的混合液体以及油收集池内的油类液体的上液面均不高于挡板的上边缘；所述油水混合池内的上液面高于油收集池的上液面。

在本实用新型中，所述u形多孔碳材料具有毛细作用，并且可以作为虹吸作用的介质。

在本实用新型中，所述u形多孔碳材料可以通过毛细作用吸收油水混合池中的油类液体，并通过虹吸作用将上述油类液体转移到油收集池；同时，所述u形多孔碳材料不能吸收油水混合池中的水，也无法转移水。所述u形多孔碳材料能够吸收太阳能，并将所吸收的太阳能转换为热能，加热在u形多孔碳材料内转移的油类液体；被加热的油类液体从油水混合池到油收集池的转移速度会提高。

所述u形多孔碳材料在空气中的油接触角为0°，在空气中的水接触角为90°-180°。所述u形多孔碳材料具有亲油特性和疏水特性。

优选的，所述u形多孔碳材料在空气中的水接触角为120°-170°。所述u形多孔碳材料的疏水性越强，其与水的接触角数值越高，越有利于油水分离过程，因此应该优选水接触角>120°的u形多孔碳材料；同时，水接触角高于170°的材料不易获得。

所述u形多孔碳材料的表面呈黑色。所述u形多孔碳材料的太阳光吸收率为80-99％。

优选的，所述u形多孔碳材料的太阳光吸收率为90-99％。u形多孔碳材料的太阳光吸收率越高，对太阳能的捕集能力越强，越有利于加快油水分离速度，因此优选太阳光吸收率90％以上的u形多孔碳材料；同时，太阳能吸收率高于99％的材料不易获得。

优选的，所述u形多孔碳材料选自石墨毡、石墨绳、石墨烯、碳纤维或碳海绵中的一种或至少两种组成的复合材料。

在本实用新型中，所述u形多孔碳材料的尺寸大小不影响油水分离效果。

本实用新型提供的油水分离装置的工作原理为：以自然界中的太阳能、毛细力和虹吸力作为驱动力，具有多孔结构的u形碳材料能够通过毛细作用和特殊的亲油疏水表面浸润性，从油水混合池中吸收油类物质，然后通过油水混合池和油收集池中的液面差引起的虹吸作用驱动了油类物质在u形多孔碳材料中的转移；然后，油类物质通过u形多孔碳材料到达油收集池后，开始释放；同时，u形多孔碳材料吸收太阳能，并将太阳能转换为热能，加热自身机构和其中的油类物质，降低了油类物质的运动黏度，提高油类物质的转移速度，从而实现快速的油水分离。

本实用新型提供的油水分离装置结构简单，不需要复杂的仪器装备，也无需额外的动力输入，安装之后，一旦与含油液体接触便开始自动运行，系统搭建的总成本低，使用范围广。

因此，本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果如下：本实用新型提供的太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置，以太阳能、毛细力、虹吸力作为驱动力，无需额外的动力输入，耗能少。本实用新型提供的太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置，系统结构简单，制造成本低，且易于操作，适用场景广。本实用新型提供的太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置，安装完毕之后，无需人工干涉，能够自动启动和连续运行。

附图说明

图1为本实用新型提供的太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置示意图。

图2为多孔石墨毡的(a)水接触角和(b)油接触角。

图3为多孔石墨烯/石墨毡复合材料的(a)水接触角和(b)油接触角。

图4为多孔碳海绵的(a)水接触角和(b)油接触角。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。以下描述的实施例仅用于解释本实用新型，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制。

如图1所示，本实用新型提供的太阳能毛细虹吸效应驱动的油水分离装置由u形多孔碳材料1、油水混合池3、挡板5和油收集池7构成；u形多孔碳材料1呈倒u形，一端置于油水混合池3，另一端置于油收集池7；挡板5竖直地位于油水混合池3和油收集池7之间；油水混合池3用于盛放油类物质2和水4的混合液体；油收集池7用于盛放被分离油类液体6；挡板5用于隔离油水混合池3中的液体与油收集池7中的液体。

u形多孔碳材料1能够通过毛细作用和特殊的亲油疏水表面浸润性，从油水混合池3中吸收油类物质2，然后通过油水混合池3和油收集池7中的液面差引起的虹吸作用驱动了油类物质2在u形多孔碳材料1中的转移；然后，油类物质2通过u形多孔碳材料1到达油收集池7后，开始释放；同时，u形多孔碳材料1吸收太阳能，并将太阳能转换为热能，加热自身机构和其中的油类物质2，降低了油类物质2的运动黏度，提高油类物质2的转移速度，从而实现快速的油水分离。

应用例1

在本应用例中，u形多孔碳材料1具体为多孔石墨毡，表面呈黑色，如图2(a)所示，空气中的水接触角为138°；如图2(b)所示，空气中的油接触角为0°；多孔石墨毡的太阳光吸收率为90％；装配u形多孔石墨毡的油水分离装置可以实现油水分离，油回收率可达95.7lm^-2h^-1。

应用例2

在本应用例中，u形多孔碳材料1具体为多孔石墨烯/石墨毡复合材料，表面呈黑色，如图3(a)所示，空气中的水接触角为151°；如图3(b)所示，空气中的油接触角为0°；多孔石墨烯/石墨毡复合材料的太阳光吸收率为99％；装配u形多孔石墨烯/石墨毡复合材料的油水分离装置可以实现油水分离，油回收率可达113.1lm^-2h^-1。

应用例3

在本应用例中，u形多孔碳材料1具体为多孔碳海绵，表面呈黑色，如图4(a)所示，空气中的水接触角为128°；如图4(b)所示，空气中的油接触角为0°；多孔石墨烯/石墨毡复合材料的太阳光吸收率为93％；装配u形多孔碳海绵的油水分离装置可以实现油水分离，油回收率可达101.5lm^-2h^-1。