一种水油分离丝网以及利用该丝网制成的滤芯的制作方法

本发明涉及水油分离丝网领域。更具体地说，本发明涉及一种用于油水分离的丝网以及利用该丝网制成的滤芯。

背景技术：

船舶压舱水、加油站油罐渗水、石油炼化、机械设备加工、江河油料泄漏、海洋漏油、油田注水采油、页岩油开采等产生的天量的油水混合物，实现油水混合物中油和水的分离尤其是大量油水混合物的快速、高效处理是当前环保领域面临的一个重大课题。低成本的实现油水混合物的有效分离一方面可以回收油料用于再生产利用、可以减少油水混合物的处理成本，即降低生产加工成本带来了经济效益，另一方面对于环境的治理与保护大有裨益，由此增加了良好的社会效益。

近年来，大量的探索研究主要集中在构造具有疏水亲油或疏油亲水特性表面的功能化海绵、网布或织物等基材基于吸-脱附和过滤的方式实现油水混合物。如中国专利cn103342827b公开了一种疏水亲油性聚氨酯海绵的制备方法，该方法基于鳞片石墨制备出膨胀石墨，再经浓硝酸长时间回流处理，并在氨水和乙醇的混合溶液中超声数小时，后将用丙酮和去离子水超声清洗的聚氨酯海绵浸入得到的入石墨烯乙醇溶液中，取出干燥后达到亲油疏水的目的，进而用于油水分离。该方法过程复杂且用到浓硝酸及丙酮等高危、高毒性试剂，带来了额外的环境污染问题，大大提高了生产成本。同时石墨烯与海绵之间没有或仅有少量的官能团连接，在吸油-挤压脱油的过程中无疑会大量脱落，这不但使海绵的性能大大降低，而且还会因为石墨烯的脱落而污染油品和水体，造成额外的污染威胁。

中国专利cn102953268b公开了一种超亲油超疏水油水分离涤纶纺织品的制备方法，其先以甲醇、正己烷等为溶剂，通过氨水、盐酸的调节，制备基于正硅酸乙酯和六甲基二硅氮烷的疏水性的硅溶胶，再将涤纶织物在上述疏水性的硅溶胶中进行浸轧处理，可获得超亲油超疏水油水分离的涤纶纺织品。

上述制备的用于油水分离的海绵及涤纶纺织品，是基于材料表面的疏水-亲油的特性。对于前者仅适用于少量或小面积的油水混合物的工况条件下，同时需要特殊的设备对海绵进行吸脱油处理，处理效率不高；对于后者，适合处理大量的油水混合物，但对制备工艺要求过高，因为必须做到功能性材料对织物表面100％的牢固覆盖，否则一点点的瑕疵就会有水份通过，进而大幅增加处理后油品中水的含量，且对油水混合物的纯洁度有一定的要求，即不能含有明显的杂质，包括颗粒、悬浮物、乳化油等，否则会造成网孔的阻塞，进而导致通量大大降低，势必要进行织物频繁的更换。这些因素都制约类似产品的实际应用。

因此，亟待开发一种处理效率高的水油分离方法以及设备。

技术实现要素：

本发明提供一种水油分离丝网，制备工艺包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复n次，使得涂层最终厚度达预设厚度；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干，得所述水油分离丝网。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，在步骤四中烘干操作之后，再在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述悬浮液中，聚丙烯胺、聚丙烯吡咯烷酮、石墨烯粉剂以及聚四氟乙烯粉末之间的质量比为8:60-70:8-12:16-24。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤二中在丝网进行喷涂之前，先对丝网进行以下处理：

将丝网放入硝酸溶液中蚀刻，并取出干燥。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，丝网在蚀刻之前，先浸没于十六烷基三甲基溴化铵水溶液中进行超声清洗，并风干。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，涂层最终厚度达8-12μm。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤三中，无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水之间的体积比为110-130:5-7:2-4:1-2.5。

更优的，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤三中，水浴温度55-65℃。

一种利用上述水油分离丝网制成的滤芯，主要由环柱状的滤芯组件、拉杆以及两盖板组成，所述拉杆位于滤芯组件的中心轴方向，两盖板锁紧在拉杆上并分别密封压紧在滤芯组件两端，其中一个盖板上设置有出油口，所述滤芯组件内部作为集油心室，所述出油口贯通所述集油心室，经滤芯组件分离富集于集油心室的油经出油口排出；

其中，所述滤芯组件由内到外依次包括：支撑骨架网、中间分离层以及外防护网，三者均为环状；

所述中间分离层由水油分离丝网和骨架网一体压制形成波折状支撑在支撑骨架网和外防护网之间。

更优的，所述的利用上述水油分离丝网制成的滤芯，所述滤芯组件还包括两环状的u型盖，由支撑骨架网、中间分离层、外防护网构成的过滤主体的两端分别粘结在两u型盖的u型槽内，所述盖板分别对应密封压紧在u型盖背面；

所述出油口所在盖板的内侧设置有压块。

本发明至少包括以下有益效果：本发明制备的水油分离丝网，丝网上有微纳米三维多孔石墨烯材料，使油品被油水分离网上涂装的石墨烯特性三维多孔超亲油物质吸附，使油分子得以通过，同时燃油中所含的游离水被组件超疏水物质的凹凸结构所排斥，使油品中99.9％以上的游离水滴无法通过，积聚成比较大的水滴，利用油水比重下沉而得以分离；本发明的滤芯由水油分离丝网制备，结构简单，操作方便，其为外进内出式，可进行大范围的水油分离，而且分离之后不需要对丝网、滤芯进行任何后处理，大大提高了分离效率，也提高了滤芯质量和使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明滤芯的主视图；

图2为本发明滤芯中滤芯组件与u型盖之间的连接关系的主视图；

图3为本发明滤芯的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:60:8:16，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复2次，使得涂层最终厚度达预设厚度8μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度55℃，四者之间体积比为110:5:2:1，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

实施例2

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:62:10:20，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复2-4次，使得涂层最终厚度达预设厚度10μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度60℃，四者之间体积比为120:6:3:1.8，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

实施例3

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:70:12:24，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复4次，使得涂层最终厚度达预设厚度12μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度65℃，四者之间体积比为130:7:4:2.5，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

实施例4

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:60:8:16，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复2次，使得涂层最终厚度达预设厚度8μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度55℃，四者之间体积比为110:5:2:1，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

另一种更优的实施方案中，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤二中在丝网进行喷涂之前，先对丝网进行以下处理：

先浸没于十六烷基三甲基溴化铵水溶液中进行超声清洗，并风干；

将丝网放入硝酸溶液中蚀刻，并取出干燥。

实施例5

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:62:10:20，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复2-4次，使得涂层最终厚度达预设厚度10μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度60℃，四者之间体积比为120:6:3:1.8，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

另一种更优的实施方案中，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤二中在丝网进行喷涂之前，先对丝网进行以下处理：

先浸没于十六烷基三甲基溴化铵水溶液中进行超声清洗，并风干；

将丝网放入硝酸溶液中蚀刻，并取出干燥。

实施例6

本发明提供一种水油分离丝网的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，四者之间质量比为8:70:12:24，制备悬浮液，备用；

步骤二、将上述悬浮液均匀喷涂在丝网表面，喷涂后进行煅烧固化；重复4次，使得涂层最终厚度达预设厚度12μm；

步骤三、采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离子水水浴混合反应，水浴温度65℃，四者之间体积比为130:7:4:2.5，制备二氧化硅溶胶，备用；

步骤四、将步骤二喷涂后的丝网浸泡于步骤三中的二氧化硅溶胶中，烘干；

步骤五、最后在丝网表面修饰一层聚二甲基硅氧烷，作为保护层，得所述水油分离丝网。

另一种更优的实施方案中，所述的水油分离丝网的制备工艺，上述步骤二中在丝网进行喷涂之前，先对丝网进行以下处理：

先浸没于十六烷基三甲基溴化铵水溶液中进行超声清洗，并风干；

将丝网放入硝酸溶液中蚀刻，并取出干燥。

实施例7

步骤1、将180目的316l不锈钢丝网浸入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中超声清洗，常温下风干；然后放入浓度为2％的硝酸溶液中蚀刻，取出后放入干燥箱干燥，100℃下保持30分钟；

步骤2、利用聚丙烯胺作为前驱体，聚丙烯吡咯烷酮为分散剂，加入石墨烯粉剂和聚四氟乙烯粉末，质量比为8:62:10:20，通过磁力搅拌器分散成悬浮液；

步骤3、用喷枪在0.4mpa的均衡风压下，将悬浮液近距离均匀喷涂不锈钢丝网上，一次喷涂大约在3μm左右；将喷涂后的不锈钢丝网放入马弗炉中固化，350℃保温10分钟，重复三次使涂层厚度在10μm左右；

步骤4、二氧化硅溶胶的制备：采用溶胶-凝胶法，将无水乙醇、正硅酸乙酯、氨水和去离；

步骤5、将完成三次喷涂后的不锈钢丝网浸入步骤3中的二氧化硅溶胶中，5分钟后取出放入干燥箱烘干，150℃保持2小时，重复两到三次；

步骤6、最后在不锈钢丝网表面修饰一层pdms，作为保护层，防止脱落。

为了验证本发明丝网的油水分离效果，进行以下检测试验

1、实施例1，经检测下部的油滴和下部水滴的纯度，并计算可知实施例1的分离效率达99.998％；静置1天、5天、10天、20天以及30天之后，观察发现上部的水滴依然没有通过丝网，经检测，分离效率依然达99.998％；

2、实施例2，经检测下部的油滴和下部水滴的纯度，并计算可知实施例2的分离效率达99.999％；静置1天、5天、10天、20天以及30天之后，观察发现上部的水滴依然没有通过丝网，经检测，分离效率依然达99.999％；

3、实施例3，经检测下部的油滴和下部水滴的纯度，并计算可知实施例3的分离效率达99.99％；静置1天、5天、10天、20天以及30天之后，观察发现上部的水滴依然没有通过丝网，经检测，分离效率依然达99.99％；

4、实施例4-7，经检测下部的油滴和下部水滴的纯度，并计算可知实施例4-7的分离效率均达100％；静置1天、5天、10天、20天以及30天之后，观察发现上部的水滴依然没有通过丝网，经检测，分离效率依然达100％；

从上述结果可看出，本发明制备的水油分离丝网的油水分离效果很好，而且10天之后，依然保持优秀的油水分离效果，说明该丝网的稳定性强，并不会发生堵塞，适合长期使用。

实施例8

一种应用上述水油分离丝网制成的滤芯，主要由环柱状的滤芯组件1、拉杆5以及两盖板2组成，所述拉杆5位于滤芯组件1的中心轴方向，两盖板2锁紧在拉杆5上并分别密封压紧在滤芯组件1两端，其中一个盖板2上设置有出油口3，滤芯组件1内部作为集油心室，出油口3贯通所述集油心室，经滤芯组件分离富集于集油心室的油经出油口3排出。其中，滤芯组件1由内到外依次包括：支撑骨架网101、中间分离层102以及外防护网103，三者均为环状。中间分离层102由水油分离丝网和骨架网一体压制形成波折状支撑在支撑骨架网101和外防护网103之间。

所述滤芯组件还包括两环状的u型盖4，由支撑骨架网101、中间分离层102、外防护网103构成的过滤主体的两端分别粘结在两u型盖4的u型槽内，盖板2分别对应密封压紧在u型盖4背面；

为了强化结构，出油口3所在盖板2的内侧设置有压块6。

本发明的滤芯中包含由水油分离丝网制备的中间分离层，本发明的滤芯结构简单，使用方便，其为外进内出式，油水混合物经滤芯外部进入，然后油滴经丝网进入滤芯内部，再从出油口排出；而且本发明滤芯表面积大，可进行大范围的水油分离，并且分离之后不需要对丝网、滤芯进行任何后处理，大大提高了分离效率，也提高了滤芯质量和使用寿命。丝网上有微纳米三维多孔石墨烯材料，使油品被油水分离网上涂装的石墨烯特性三维多孔超亲油物质吸附，使油分子得以通过，同时燃油中所含的游离水被组件超疏水物质的凹凸结构所排斥，使油品中99.9％以上的游离水滴无法通过，积聚成比较大的水滴，利用油水比重下沉而得以分离；

本发明的滤芯不仅油水分离效果高，而且性能稳定，可以长时间连续对油水进行分离处理。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。