一种纳米纤维泡沫基油气捕集装置及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气污染治理及回收处理技术领域，尤其涉及一种纳米纤维泡沫基油气捕集装置及其制备方法。
【背景技术】
[0002]油气指含有多种有机烃类化合物和空气的混合物，其广泛存在于加油站、油库、炼油厂、油田等场所。油品在储存、装卸、运输、零售等过程中，由于受到外界环境因素(温度、气压等)及运载容器内部气液体积变化等因素的影响，易产生大量的挥发油气，这不仅造成了油品品质的下降和直接的能源、经济损失，而且对周边环境产生了严重的空气污染和火灾隐患，同时油气中含有的多种烃类致癌物质对附近居民的身体健康也构成了严重威胁，甚至会引发癌症。根据相关部门发布的数据统计，随着近年来我国生产技术的进步，油品从原油开采至加油站的排放量相加，每吨的油品排放约8公斤的油气，全国储运油气排放量从2005年的50万吨，增加到了现在的90万吨，至2020年预计排放量将达到115万吨，油品单价按照4000元/吨计算，造成的直接经济损失可达到46亿元。近年来，随着绿色环保、节能减排理念的深入人心，油气处理问题引起了社会的广泛关注。目前，人们已经开始采取各种措施对挥发的油气进行处理，主要采取的方法有吸收法、冷凝法、膜分离法、热氧化法及吸附法等。而相比于其他几种方法，吸附法因简单、易操作、能耗低、无污染、油气捕集效率高而被广泛应用，该法是利用吸附材料对油气混合物中的油、气组分结合吸附力强弱的不同来达到两种组分的分离，对于吸附法来说，吸附剂是整套油气捕集装置的关键，且比表面积大的多孔吸附材料有利于提高对油气的的吸附分离效率。目前，常用的油气吸附材料包括活性炭、分析筛沸石、活性氧化铝、硅胶、混合吸附剂等。但上述吸附剂在实际应用的过程中，由于直接吸附浓度较大的油气时，吸附材料很快达到饱和，因此大多数情况下仅适用于低浓度的油气吸附分离，并且还存在设备复杂、占地面积大、吸附效率低、重复利用性差等问题。
[0003]国内专利CN102389774A公开了一种油气吸附复合材料的制备方法，该专利所涉及的方法为利用稻壳制备成的活性炭与硅胶粉碎成型，经高温煅烧制成油气吸附复合材料，但该法存在制备过程复杂、吸附效率低、不能重复使用等缺点。国内专利CN101445214A公开了一种用于加油站的油气回收处理方法和系统，该专利所涉及的方法为利用空气优先通过的膜组件对混合气体进行吸附，但该方法同样存在对油气吸附效率低、时间长、过程繁琐，且膜组件性能差，需要对膜进行清洗才能二次使用；国内专利CN102125821A公开了一种去除挥发性有机污染物的活性炭-硅气凝胶复合吸附剂，该专利所涉及的材料是以活性炭颗粒为骨架结构，结合溶胶-凝胶反应和常压干燥法制得疏水硅气凝胶，其主要吸附物质为活性炭颗粒，疏水硅气凝胶提供多级孔结构并进一步提高了油气吸附效率，但该材料的制备需要复杂的溶胶-凝胶过程、且存在原料选择范围窄、结构可控性差、力学性能不足等缺陷。由纳米纤维相互交联构成的三维多孔泡沫状吸附材料不仅具有较高的比表面积和孔隙率，而且纤维间交联点也显著提升了吸附材料的力学性能及结构稳定性，使其在油气捕集方面具有极大的应用潜力，但至今尚无纳米纤维泡沫基油气捕集装置及其制备方法相关的研宄见报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种纳米纤维泡沫基油气捕集装置及其制备方法，以解决上述油气捕集及回收处理方面存在的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种纳米纤维泡沫基油气捕集装置，其特征在于，包括集气泵连接输气管，输气管连接油气捕集组件，油气捕集组件连接排气管和收集管，收集管连接油类物质回收箱，其中，所述的油气捕集组件包括保护箱，所述的保护箱中设有纳米纤维基泡沫材料。
[0006]优选地，所述的纳米纤维基泡沫材料由采用物理或化学改性方法对纳米纤维泡沫材料进行超亲油疏水改性处理得到。
[0007]更优选地，所述的超亲油疏水改性处理方法为高压静电喷涂、磁场诱导自组装、蒸汽扩散、微波原位聚合和高压气相元素掺杂方法中的一种或多种的组合。
[0008]优选地，所述的高压静电喷涂法包括采用高压静电喷涂系统在纳米纤维泡沫材料表面喷涂亲油疏水颗粒。
[0009]优选地，所述的磁场诱导自组装法包括利用外加磁场对磁性超亲油疏水纳米颗粒在外部磁场的牵引下沉积至纳米纤维泡沫材料表面。
[0010]优选地，所述的蒸汽扩散法包括将待改性纤维泡沫材料与超亲油疏水颗粒胶体溶液同时置于一密闭空间中，通过对该密闭空间升温升压，利用溶剂蒸汽扩散运动将超亲油疏水纳米颗粒沉积至纤维泡沫材料表面。
[0011]优选地，所述的微波原位聚合法包括首先将纤维泡沫材料基体浸泡于含有亲油纳米颗粒的疏水聚合物单体溶液中，然后将其置于有微波环境下加热使单体聚合，从而将纳米颗粒固定在纤维表面。
[0012]优选地，所述高压气相元素掺杂方法是将纤维泡沫材料与气相亲油疏水纳米颗粒同时置于六面顶压机中，通过从六个侧面同时施加压力，气相亲油疏水颗粒通过传压介质掺杂于纤维泡沫材料基体中。
[0013]更优选地，所述高压静电喷涂法可通过控制喷涂时间和喷涂电压大小来达到功能化、均匀化改性目的。所述磁场诱导自组装法可通过控制所施加外部磁场的强度来调控其对磁性纳米颗粒的牵引力，从而达到改性颗粒在纤维泡沫材料表面的均匀沉积。
[0014]更优选地，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。
[0015]更优选地，所述的纳米纤维基泡沫材料的体积密度为I?1000mg/cm3，孔径为
0.01?100 μ m，比表面积为10?2000m2/go
[0016]本发明还提供了上述的纳米纤维泡沫基油气捕集装置的制备方法，其特征在于，具体步骤包括:将纳米纤维基泡沫材料填满于保护箱内，且纳米纤维基泡沫材料与保护箱的内壁采用环氧树脂胶粘剂进行粘合封装，待胶粘剂室温条件下固化后形成油气捕集组件；将集气泵连接输气管，输气管连接油气捕集组件，油气捕集组件连接排气管和收集管，收集管连接油类物质回收箱，得到纳米纤维泡沫基油气捕集装置。
[0017]优选地，所述的集气泵与输气管之间的连接处，输气管与油气捕集组件的连接处，油气捕集组件与排气管和收集管的连接处，收集管与油类物质回收箱的连接处使用环氧树脂粘合剂进行密封。
[0018]优选地，所述的输气管、排气管和收集管有多个管道口与油气捕集组件连接，收集管有多个管道口与油类物质回收箱连接。
[0019]优选地，所述的输气管、排气管和收集管与油气捕集组件的连接方法为:在保护箱制作过程中直接将各管道口嵌入到保护箱中并进行粘合封装。
[0020]本发明提供的纳米纤维泡沫基油气捕集装置及其制备方法，该装置是基于纳米纤维开孔泡沫超高的比表面积、高孔隙率及连通的孔结构，通过对纳米纤维泡沫材料的超亲油疏水改性，可以实现快速、高效的油气捕集并且能够及时回收油类物质。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022](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，该吸附材料具有较高的比表面积、高孔隙率、开孔连通结构以及优异的力学性能和回弹性。
[0023](2)本发明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，利用纳米纤维开孔泡沫体型结构以及内部连通的孔道，对于油气可实现快速高效的吸附分离。相比于在保护箱内置入其他吸附剂材料，纳米纤维泡沫的置入显著提升了装置的油气吸附及回收效率，同时纳米纤维泡沫良好的力学性能及回弹性也明显提高了吸附材料在油气吸附过程中的结构稳定性，确保了油类物质的有效回收利用。
[0024](3)本发明提供的纳米纤维泡沫基油气捕集装置制备工艺简单，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，在加油站、油厂、码头等场所，在制造业、表面涂装工业等领域都具有广泛应用。
【附图说明】
[0