疏水亲油材料用于油水分离

徐长发,华中科技大学,2018.2.30

处理含油废水,防止油污染是件很重要的事情,也越来越受到人们的重视。

在餐饮 , 金属加工 、粮油加工、皮革加工中 ,都会产生大量的含油废水;石油开采 、石油加工行业都会产生大量的含油废水。处理这些含油废水一般采用疏水亲油材料把油过滤出来,让油水分离。

在江、河、湖、海上的油泄漏,有大片油污,首先要考虑用疏水亲油材料,快速有效地把油污吸附起来,集中运输到工厂,再油水分离处理。

现在有很多科学工作者在研制好的疏水亲油材料。研制这种材料的绝大部分目的,是为了用于油水分离和治污。疏水亲油材料的性能要求很明确,吸油要多要快,吸水要尽可能地少,要能够反复使用,无毒性,最好不要产生二次污染。

现在,有哪些性能好的疏水亲油材料呢?

一.化学合成,吸油为主的拒水亲油材料

化学合成的吸油材料有三类:

第一类,有机聚合物纤维。

主要包括聚丙烯纤维、烷基乙烯聚合物纤维、聚氨酯泡沫等。这种吸油材料在国内外的市场销售中所占的份额最大。它是利用材料自身所具有疏水亲油的特征,也利用聚合物分子间的空隙和纤维间的空隙来实现吸住油且包住油的。

优点是,吸油速度快,吸油率较高,材料可以重复使用几次。缺点是,吸饱油的材料在运输过程中因受压而会出现漏油,这样的漏油还有处理好,否则又会造成污染。

第二类,有机烃接枝改性后的聚合物纤维

 像甲基丙烯酸长链烷基酯做成的纤维,这是目前在大面积水域上,使用最多最普遍的吸油材料。

这种高吸油性树脂材料的内部有一定孔隙 , 在亲油基团和油溶剂的作用下,体积发生膨胀 ,只溶胀而不溶解 , 油分子被包裹在大分子的网格结构中,所以吸油能力强,保油力强,吸油后受压不会再漏油。

缺点是,吸油速度不够快,价格有点高,把吸出来的油分离后,材料不能再重复使用,要燃烧废弃,但对环境不产生污染。

第三类是凝胶型高效吸油材料。

这种吸油材料,是把吸油性能好的单体分子交联起来,组成三维网状结构;把它做成颗粒状,抛洒在污染的水面上,于是吸油、膨胀、包油,形成像凝胶一样软体,非常有效地防止浮油扩散,然后再用回收网收集这些凝胶,运走集中处理。

这类凝胶型高效吸油材料有,二亚苄基山梨糖醇、金属皂、氨基酸衍生物等。

这类凝胶型高效吸油材料优点是,毒性低,使用安全方便,吸油率较高。

缺点是价格较高,把油从凝胶中挤压出来后,材料的分子交联的脆弱结构会改变,不好再使用了,只能焚烧销毁,但不会造成污染。

二.复合材料,疏水吸油

1.无机与有机的材料复合 

膨胀石墨,用酚醛树脂和活性炭复合而成的材料。两种材料的优势互补,能形成新的更大“储油孔隙”, 对生活污油类等有机大分子物质表现出更强的吸附能力 。

2.天然有机与合成有机的材料复合

以棉纤维为基材,通过与丙烯酸长链酯进行接枝聚合, 就制备出具有高吸油倍率的复合吸油材料 , 对乙醇 、水等极性溶剂几乎不吸收 ,对煤油和甲苯的吸油率很高。

木浆纤维素与甲基丙烯酸烷基脂的交联聚合,制备的复合高吸油性材料 ,与传统的单体聚合物制备的高吸油材料相比较 , 其吸油倍率和吸油速率得到明显改善 , 综合生产成本也有所降低。

纤维素本身就含有碳-氢化合物,也就是说含有烃基,这些烃基就可以和其它烃基接枝交联起来,所以说,用木纤维、竹纤维、木棉、棉、稻壳、玉米芯、蔗渣纤维做基材,都可以生产出吸油材料。

如今,纤维素接枝共聚物已成为世界公认的、具有广泛商业用途的纤维素改性产物。例如,接枝亲水性单体,可改善纤维的吸水性、粘合性、可染性及提高洗涤剂去油污速率;接枝疏水性单体则可得到抗油污的产物。如果采用两种单体的混合接枝,也能制得综合性能的优异产品。一般说来,表面接枝可使通常的纤维素进一步表现出耐磨性、亲水或疏水性、拒油性、粘合性、阻燃性等性能。

三.以过滤为主的疏水亲油材料

北京仁创公司生产的“孚盛砂”,就是在沙漠沙外面包裹一层疏水亲油材料做成的。用孚盛砂做成过滤器,把油水汽混合物用它来过滤,结果是水被阻挡了,油被过滤出来了。过滤装置简单,价格低廉,油水分离的效果非常好。

疏水亲油的大分子有机材料有很多,像乙烯、丙烯类材料就是疏水亲油的;虽然聚四氟乙烯不是乙烯做出来的(只是分子结构像乙烯),但它的拒水拒油性能是很好的。

在应用拒水亲油的材料时,要明白吸油和滤油的区别。对于吸油目的,要求材料不仅亲油而且分子间要有较多的孔隙。对于滤油目的,仅要求材料亲油,不要求分子间的孔隙。

孚盛砂是疏水亲油的,当油水混合液体中油多水少时,油被过滤出来了,水被阻挡并集中,这样就便于油水分离了。孚盛砂的外面应该包裹什么材料呢,应该用聚丙烯就可以了。也可以用聚四氟乙烯和聚丙烯的混合物,因为聚四氟乙烯拒水性很强,拒油性一般,聚丙烯的亲油性很强而拒水性一般,这两种材料混合在一起就会具有既拒水又亲油的双重特性,这种材料的滤油效果一定好。

现在有人研究出了一种金属网,先在网上覆盖一层很薄但吸附力强的材料,再在网上生成微-纳米结构(形状像牙刷);换一种说法,以前有人研究出了仿荷叶的微-纳米结构,把这种结构生成在金属网上;这样的网是超亲水超拒油的。当油水混合物水多油少时,用这种网过滤,水通过了,油被阻挡并被集中了,这样就便于油水分离了。 

四.文章结束所想到的

无论是作者写到这里,还是读者看到这里,都会产生一个强烈的感觉:有机材料的分子通过“接枝”、“嫁接”、“交联”就可以得到更好性能的材料,这一点真叫人称奇。事实上,有机化学就是建立在原子和分子结构层面上的,在分子结构上动“手术”做组合,结果一定是丰富多彩的。大家同样会想到,这些“手术”就像一个万花筒,人们需要什么性能,就有可能制造出所需性能的材料。难怪,现在的各种优良性能的大分子材料越来越多了。

此文章版权归属徐长发所有

标题:疏水亲油材料用于油水分离

如若转载,请注明出处:http://www.ikepu.com/xiaozhishi/220620.html