一种聚结材料及其制备方法和除油方法技术

本发明专利技术提出了一种聚结材料及其制备方法和除油方法。本发明专利技术的聚结材料，包括：基底材料；沉积在所述基底材料表面的SiO2粒子；包覆在所述SiO2粒子和基底材料表面的聚硅氧烷。本发明专利技术的聚结材料具有低表面能、生理惰性、良好的化学稳定性和耐高低温性；而且，聚硅氧烷对无机的SiO2粒子和基底材料具有优异的粘结性，因而形成的复合涂层与基底材料之间具有较强的结合能力和很高的抗剪切性能，在水流冲击下不易剥离脱落。本发明专利技术的聚结材料经久耐用，其表面具有优异的亲油疏水特性，将其用于废水除油时，可有力促进分散相油滴的聚并、浮升，从而提高除油效率。提高除油效率。提高除油效率。

【技术实现步骤摘要】
一种聚结材料及其制备方法和除油方法


[0001]本专利技术属油水分离领域，具体地，涉及一种适用于含油废水除油的聚结材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]原油的开采、输送、储存、炼制过程均产生大量含油废水,这些含油废水成分复杂、处理难度大，严重威胁水体环境和人类健康。含油废水中的石油类物质通常按照物理状态可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油。由于水对常见的石油类物质溶解度较低，因此废水除油主要针对的是浮油、分散油和乳化油，其中尤以乳化油分离去除的技术难度最高。
[0003]目前，针对废水的除油方法可归纳为四大类：物理法、化学法、物理化学法及生物化学法。物理法是利用油水两相密度、在固体材料表面润湿铺展性能、存在形态等物理性质的差异而实施的分离方法，主要有重力沉降、旋流、聚结、过滤分离、膜分离等方法。化学法主要包括混凝/絮凝沉降，即在废水中加入适量的化学药剂(混凝剂或絮凝剂)破坏油水界面的稳定性，促使小粒径油滴与混凝剂/絮凝剂形成易于沉降的絮体。物理化学法是将物理分离与化学分离相结合，从而达到油水分离的目的。例如，气浮法为提高除油效率通常需要向污水中投加絮凝剂或破乳剂。生物法是利用微生物降解消耗污水中的石油烃类，主要包括活性污泥法、生物滤池法、曝气生物滤池法等等。每种除油方法各有优劣，一种方法无法达到预期除油目标。常根据生产实际需求，将几种工艺串联组合，例如，“重力沉降(除浮油)+气浮/混凝/聚结等(除分散油、乳化油)+生物/过滤(深度处理)”。以上所述几类除油方法中，物理法不影响回收油的品质；而且，其中的聚结法具有设备小、操作简单、成本低等优势，被视作优良的、前景广阔的除油方法，得到了广泛的研究与应用。
[0004]所谓“聚结”(或“粗粒化”)，是指含油废水通过填充有特殊润湿性材料的装置，这些材料促进分散相油滴聚并从而使其粒径变大；这些特殊材料即被称为“聚结材料”(或“粗粒化材料”)。根据斯托克斯定律，油滴在水相中的终端浮升速度与其粒径的平方成正比，因而油滴聚并可以强化其在水相中的浮升分离。聚结除油技术包括油滴聚并及相应的浮升分离过程，该技术利用了油水两相对聚结材料表面亲和力相差悬殊的特性(即材料表面的亲油疏水特性)。
[0005]目前，多数观点认为聚结除油机理大致分为两种：碰撞聚并和润湿聚并。碰撞聚并即小粒径油滴直接聚并为大粒径油滴，聚结材料为油滴的聚并提供流道空间，从而提高了油滴间的碰撞几率。润湿聚并认为，由于聚结材料表面对油相具有较大亲和力，油滴先在聚结材料上润湿铺展，随后来的油滴与先粘附的油滴碰撞聚并形成油膜；当油膜厚度增大到一定程度时，其在浮力和水流曳力的作用下从材料表面脱落成为大粒径油滴，从而达到强化油滴浮升分离的目的。
[0006]根据上述聚结机理可以看出，聚结材料是聚结除油技术的核心；而聚结材料表面的物化性质和结构特征决定了其浸润性和黏附性，进而决定了油水分离效率。目前常用的聚结材料包括聚丙烯、聚氯乙烯、不锈钢纤维、玻璃纤维等等，这些材料普遍存在的问题是：
对天然/非天然表面活性物质稳定的乳化油效果较差、聚结效果有待进一步提高。
[0007]仿生超润湿材料是指类似自然界中生命体具有的特殊浸润界面性质的一类材料。近二十年来，研究人员通过模仿自然，揭示了一系列超润湿界面材料的构建机理，设计制备了多种仿生超润湿材料，并将这些具有特殊表面浸润性能的材料拓展应用到包括油水分离在内的众多领域。研究证明，从仿生角度出发在表面构建微米/纳米多尺度粗糙结构并以低表面能物质修饰表面，可制备出具有高效除油效率的聚结材料。基于这一原理，研究人员通过模板法、刻蚀法、化学沉积法、层层自组装法和溶胶-凝胶法等构建出多尺度粗糙表面，然后涂覆或修饰低表面能物质，从而设计了多种聚结除油材料。但是，这些聚结除油材料制备工艺较复杂，且修饰表面所用的低表面能组分多为具有潜在环境风险的含氟化合物。因此，开发制备工艺简便且环境友好的聚结除油材料具有现实紧迫性和广阔应用前景。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出了一种聚结材料及其制备方法和除油方法。
[0009]本专利技术的聚结材料，包括：基底材料；沉积在所述基底材料表面的SiO2粒子；包覆在所述SiO2粒子和基底材料表面的聚硅氧烷。
[0010]根据本专利技术，所述基底材料优选无机基底材料。所述无机基底材料优选金属材料，可以选用金属丝网、金属片和金属盘中的一种或多种。所述金属丝网的孔径优选为3～90μm。所述金属材料中的金属可以为钢、铁、铜和钛中的一种或多种。所述金属材料优选不锈钢丝网、钢丝网、铁丝网、铜丝网和钛丝网中的一种或多种，更优选不锈钢丝网。
[0011]根据本专利技术，所述聚硅氧烷的结构如式(I)所示：
[0012][0013]其中的n为1～1400之间的整数，优选100～1200，更优选140～1000；各个R基团各自独立地选自C1～C8的烷基、C1～C2的烷氧基、C1～C3的卤代烷基、C2～C5的烯基、苯基，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、甲氧基、乙氧基、三氟丙基、乙烯基、苯基，更优选甲基；
[0014]其中的A基团选自H、其中的各个R基团各自独立地选自C1～C3的烷基、C1～C3的烷氧基，优选甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、丙基、丙氧基，更优选甲基，各个R
’
基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H，R”基团选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基；
[0015]其中的A
’
基团选自OH、其中的各个R
’
基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H；各个R”基团各自独立地选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基。
[0016]根据本专利技术，所述聚硅氧烷优选结构如式(II)和/或式(III)所示聚硅氧烷：
[0017][0018]其中的n各自独立地为1～1400之间的整数，优选100～1200，更优选140～1000；各个R基团各自独立地选自C1～C8的烷基、C1～C2的烷氧基、C1～C3的卤代烷基、C2～C5的烯基、苯基，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、甲氧基、乙氧基、三氟丙基、乙烯基、苯基，更优选甲基；各个R
’
基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H，各个R”基团选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基。
[0019]本专利技术所述聚结材料的制备方法，包括：
[0020](1)将第一聚硅氧烷溶液涂覆在基底材料上面，在80～130℃干燥、固化，然后在400～600℃焙烧2～4h，冷却至0～35℃，得到中间材料；
[0021](2)将第二聚硅氧烷溶液涂覆在所述的中间材料上面，在80～130℃干燥、固化。
[0022]根据本专利技术，所述聚硅氧烷溶液的溶质为聚硅氧烷以及任选的固化剂，溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚结材料，包括：基底材料；沉积在所述基底材料表面的SiO2粒子；包覆在所述SiO2粒子和基底材料表面的聚硅氧烷。2.按照权利要求1所述的聚结材料，其特征在于，所述基底材料为无机基底材料(所述无机基底材料优选金属材料，更优选金属丝网、金属片和金属盘中的一种或多种，进一步优选金属丝网，所述金属丝网的孔径优选为3～90μm)。3.按照权利要求1所述的聚结材料，其特征在于，所述聚硅氧烷的结构如式(I)所示：其中的n为1～1400之间的整数，优选100～1200，更优选140～1000；各个R基团各自独立地选自C1～C8的烷基、C1～C2的烷氧基、C1～C3的卤代烷基、C2～C5的烯基、苯基，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、甲氧基、乙氧基、三氟丙基、乙烯基、苯基，更优选甲基；其中的A基团选自H、其中的各个R基团各自独立地选自C1～C3的烷基、C1～C3的烷氧基，优选甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、丙基、丙氧基，更优选甲基，各个R
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基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H，R”基团选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基；其中的A
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基团选自OH、其中的各个R
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基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H；各个R”基团各自独立地选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基。4.按照权利要求1所述的聚结材料，其特征在于，所述聚硅氧烷为结构如式(II)和/或式(III)所示聚硅氧烷：其中的n各自独立地为1～1400之间的整数，优选100～1200，更优选140～1000；各个R基团各自独立地选自C1～C8的烷基、C1～C2的烷氧基、C1～C3的卤代烷基、C2～C5的烯基、苯基，优选甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、甲氧基、乙氧基、三氟丙基、乙烯基、苯基，更优选甲基；各个R
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基团各自独立地选自H、C1～C3的烷基，优选H、甲基，更优选H，各个R”基团选自C1～C6的亚烷基，优选C1～C4的亚烷基，更优选亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基。5.权利要求1～4之一所述聚结材料的制备方法，包括：(1)将第一聚硅氧烷溶液涂覆在基底材料上面，在80～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，王振宇，沈明欢，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：