亲水疏油油水分离膜的制备及其性能表征

章成圆，李翠翠，李亚杰，刘晗晴

（浙江海洋大学石化与能源工程学院，浙江舟山 316022）

亲水疏油油水分离膜的制备及其性能表征

章成圆，李翠翠，李亚杰，刘晗晴

（浙江海洋大学石化与能源工程学院，浙江舟山 316022）

随着海上石油开采和海洋石油运输业的迅速发展，每年各个海域都会发生多起海洋溢油事故，海上石油泄漏对海洋环境的污染范围大、持续时间长，要完全清除难度大，一旦发生海上溢油事故如不及时迅速处理将对海洋生态环境造成了极大的危害。本论文制备一种亲水疏油油水分离膜并利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和红外测油仪对油水分离网膜的性能进行了分析。

亲水疏油；油水分离膜；制备

随着海上石油开采和海洋石油运输业的迅速发展，每年各个海域都会发生多起海洋溢油事故，导致大量石油泄露到海洋中，对海洋生态环境造成了极大的危害。石油对海洋环境的污染范围大、持续时间长，要完全清除难度大。一旦发生海上溢油事故需要尽早的发现并及时地采取措施，降低经济损失和对环境的危害实现保护海洋环境，促进社会、经济的可持续发展。因此，世界各国对于真正高效的海上溢油油水分析技术的渴求越来越迫切[1]。

油水分离是溢油回收中的关键，由于海面溢油受到环境、气候等因素的影响扩散速度极快，需要在短的时间内回收溢油，回收的速度快、回收量大，回收的油品中含有大量的海水，油水分离装置将回收的油水混合物进行分离处理后海水排放，油品储存在液货仓。排放了多余的海水可以有效的利用存储空间，通过排水也可以推动储油装置运行减少动力损耗起到节能减排的作用[2]。油水分离技术较多，常用的方法有重力分离法、空气浮选法、粗粒化法、过滤法、吸附法、超声波法等[3-4]，但是海上环境比较特殊，要求油水分离装置尽可能的简单轻便，能量消耗少，分离效果好，分离出的水可以直接排海。油水混合物中形成乳化油，乳化油处于稳定状态，用物理方法或者化学方法很难将其分离[3]。

本文拟开展亲水疏油油水分离膜的开发与研究，实现对溢油回收船上回收的油水混合物连续实时的处理，并在溢油应急行动中提高溢油回收的效率，达到降低经济损失，保护海洋环境，促进海洋经济的可持续发展的目的。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：醋酸锌（AR级）、F127（AR级）和CTAB（AR级）、乙醇（CP级）、异丙醇铝（AR级）、四乙烯五胺（AR级）、1,2-二氯乙烷和不锈钢网（100目和500目）。

仪器：SUPRA55扫描电子显微镜（德国ZEISS公司）、DSA30接触角测量仪（德国KRUSS公司）、OCMA-500红外测油仪（日本HORIBA公司）。

1.2 实验过程

1.2.1 称取1.10 g的醋酸锌溶于50 mL去离子水中，充分搅拌得到醋酸锌溶液，将清洁的不锈钢网（100目和500目）在醋酸锌溶液中浸渍10 s，取出在60℃的干燥箱中干燥30 min，重复浸渍干燥2次，将重复浸渍和干燥后的不锈钢网放置在350℃的高温炉中退火0.5 h。

1.2.2 称取0.25 g的F127和0.25 g的CTAB溶解入20 mL无水乙醇中，依次向上述溶液中加入0.5 mL硝酸（wt%=67%）和1.02 g异丙醇铝，将烧杯口密封，室温搅拌3 h，在60℃的干燥箱中干燥成粉末。

1.2.3 称取1 g四乙烯五胺加入10 g乙醇中，室温下搅拌0.5 h，向上述溶液中加入步骤2）所得的粉末2 g，在室温下搅拌6 h形成溶胶。

1.2.4 将步骤1）所得的涂覆有氧化锌膜的不锈钢网在步骤3）所得的溶胶中浸渍2 s，以0.1 cm/s速度向上匀速提拉，形成均匀的膜层，在60℃的干燥箱中干燥30 min，重复上述浸渍和干燥过程2次后在250℃的高温炉中退火0.5 h，得到亲水疏油油水分离网膜。

1.2.5 利用扫描电子显微镜、接触角测量仪和红外测油仪对油水分离膜的表面微观结构、接触角和膜分离后水中油的浓度进行了分析。

2 结果与讨论

2.1 油水分离膜表面微观结构

图1为表面覆盖氧化锌的不锈钢网表面扫描电子显微（SEM）图像。在图1(a)中，在不锈钢网表面覆盖了一层ZnO絮状物，整个不锈钢网上没有不锈钢基体露出。对图1(a)所示的方框中进一步放大，覆盖在表面微观显微结构如图1 (b)所示。图1(b)显示覆盖在不锈钢网表面的絮状结构由ZnO纳米线组成的橄榄状微粒组成。橄榄状微粒长径约30 nm，短径约15 nm。

图1 油水分离膜表面扫描电子显微结构：（a）2000X，（b）40000XFig.1 SEM microstructure of oil/water separation membrane:(a)2000X and(b)40000X

2.2 油水分离膜浸润性

在水相中用接触角测定仪测量1,2-二氯乙烷液滴对油水分离膜的浸润性。水相中，1,2-二氯乙烷液滴油对500目和100目不锈钢网水分离膜接触角分别为120.6°和129.8°，如图2（a）和图2（b）所示。实验结果表明，制备的油水分离膜具有水相疏油性质，在油水分离工程中可以使水透过油水分离膜而油被截留住，达到油水分离的目的，接触角数据表明100目油水分离膜比500目油水分离膜的疏油性质更好。

图2 水相中1,2-二氯乙烷接触角：（a）在500目油水分离膜上，（b）在100目油水分离膜上Fig.2 Contact angle of 1,2-dichloroethane in water on (a)500 mesh and(b)100 mesh oil/water separation membrane

2.3 油水分离效率

将少量柴油和去离子水混合，混合搅拌均匀后用红外测油仪测定水中柴油的初始浓度（C0）为134.2 mg/L。将上述样品在室温重力作用下通过100目油水分离膜，由于水相中油水分离膜疏油特性，油样被隔离下来而水样通过，达到油水分离的效果。油水分离完成后，采用红外测油仪对透过油水分离膜的水样中的油浓度进行测定，测定水中剩余油的浓度（Cr）为5.9 mg/L，并按照公示（1）计算油水分离膜的油水分离效率e为95.60%。

式中：C0为水相中油的初始浓度，mg/L；Cr为经过油水分离膜分离后水相中油的浓度，mg/L。

3 结论

采用水热法在100目和500目不锈钢网上制备了氧化锌纳米结构，得到一种油水分离网膜。该油水分离网膜在水相中具有较好的亲水疏油特性。在室温下依靠重力作用下，该油水分离膜对柴油和水混合物进行了分离，油水分离效率达到95.60%。

[1]CHU Huaqiang,ZHANG Yalei,ZHOU Xuefei,et al.Bio-enhanced powder-activated carbon dynamic membrane reactor for municipal wastewater treatment[J].Journal of Membrane Science,2013,433:126-134.

[2]VINCENT-VELA M-C,CUARTAS-URIBE B,LVAREZ-Blanco S,et al.Analysis of fouling resistances under dynamic membrane filtration[J].Chemical Engineering and Processing,2011,50(4):404-408.

[3]王婷婷,潘艳秋,王同华.二氧化钛动态膜在油水乳化液分离中的应用研究[J].高校化学工程学报,2010,24(1):22-28.

[4]孙宏梅,潘艳秋,柏 斌,等.炭膜基亲水性无机微滤动态膜的制备研究[J].高校化学工程学报,2011,25(6):1 062-1 067.

Fabrication and Properties of Hydrophilic-Oleophobic Oil/Water Separation Membrane

ZHANG Cheng-yuan,LI Cui-cui,LI Ya-jie,et al
(School of Petrochemical and Energetic Engineering of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

With the rapid development of offshore oil exploitation and marine oil transportation,plenty of marine oil spills occur in sea areas every year.The marine oil spills will lead to the marine environment pollution which has the characteristics of wide range and long term.It is difficult to completely clear away.If there is no prompt processing in time,the marine oil spills will cause great harm to the marine ecological environment.This paper fabrication oil/water separation membranes and the membranes was chartered by scanning electron microscopy,contact angle measuring instrument and infrared oil measuring instrument.

Hydrophilic-oleophobic;oil/water separation membrane;fabrication

TQ028.8

A

1008-830X(2016)04-0358-03

2016-05-09

舟山市科技计划项目（2013C41012）

章成圆（1995-），浙江新昌人，研究方向：油气储运.E-mail:414540756@qq.com

李翠翠.E-mail:treacy1028@163.com