面向油水分离的无机膜制备及应用进展

膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性,即使在苛刻的条件下,在分离油水方面表现出优异的分离性能。本文首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础,包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响;然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展,重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究,分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略,提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键;最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染,是无机膜亟需解决的问题,并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。     

微孔膜法油水分离——表面性质及微观结构的研究进展

石油炼制和化工过程存在大量油水混合物体系,影响生产过程稳定性,也会造成环境污染,亟需高效低成本的油水分离技术。与气浮、离心、化学混凝等传统油水分离技术相比,微孔膜技术通过油或水的选择性渗透实现分离,具有操作简单、分离效率高、运行成本低等众多优点。然而,微孔膜处理油水混合物的分离效率和加工能力同时取决于膜材料的表面性质（表面浸润性能）和微孔结构（分离通道的尺寸效应）。本文首先基于表面润湿现象和尺寸筛分机制介绍了膜法油水分离的原理,然后从上述两个角度出发综述了近年来微孔膜法油水分离的相关研究进展,最后指出微孔膜法油水分离在迈向工业化应用的过程中还需解决的一些问题,并对未来膜材料表面性质和微孔结构的研究进行了展望。     

复配表面活性剂对油水界面行为和性质影响的模拟研究

含复配表面活性剂的油田废水是一种多组分复杂体系,研究其中的分子作用关系有助于后续废水处理方案的确定。采用分子动力学(MD)模拟方法建立界面模型,通过定义表面活性剂的关键扭转点及相应的分子夹角、定义协同作用能,结合界面处的密度分布函数等性能模拟和界面张力测试结果,多角度分析两类阴阳离子表面活性剂复配对油水界面特性的影响。结果表明,与含单组分表面活性剂的油水体系相比,复配表面活性剂的相反电荷极性头基间静电吸引作用提高了油水界面稳定性;相较于十二烷基磺酸钠/十六烷基三甲基溴化铵(SLS/CTAB)复配体系,十二烷基硫酸钠/十六烷基三甲基溴化铵(SDS/CTAB)中分子间的协同作用可更好地提高体系的稳定性;当复配表面活性剂的配比为8/10~12/6时的油/水界面稳定效果较优、12/6时稳定性最好。研究结果可为石油开采及油水分离方案的确定提供依据。     

复配表面活性剂对油水界面行为和性质影响的模拟研究

含复配表面活性剂的油田废水是一种多组分复杂体系,研究其中的分子作用关系有助于后续废水处理方案的确定。采用分子动力学(MD)模拟方法建立界面模型,通过定义表面活性剂的关键扭转点及相应的分子夹角、定义协同作用能,结合界面处的密度分布函数等性能模拟和界面张力测试结果,多角度分析两类阴阳离子表面活性剂复配对油水界面特性的影响。结果表明,与含单组分表面活性剂的油水体系相比,复配表面活性剂的相反电荷极性头基间静电吸引作用提高了油水界面稳定性;相较于十二烷基磺酸钠/十六烷基三甲基溴化铵(SLS/CTAB)复配体系,十二烷基硫酸钠/十六烷基三甲基溴化铵(SDS/CTAB)中分子间的协同作用可更好地提高体系的稳定性;当复配表面活性剂的配比为8/10~12/6时的油/水界面稳定效果较优、12/6时稳定性最好。研究结果可为石油开采及油水分离方案的确定提供依据。     

Surface activity of glycerol glycoside palmitates

A glycoside ester product was prepared by the transglycosylation of starch and glycerol, which yielded a mixture of 2,3-dihydroxypropyl-α-D-glucopyranoside and other glycerol glycosides, followed by interesterification of the crude glycerol glycosides with a mixture of mono-, di- and tripalmitin. The purified reaction product, consisting of ca. 77% glycerol glycoside palmitates, 14% palmitins and 9% free palmitic acid, was found to be extremely effective in lowering the interfacial tension between cottonseed oil and water—a 0.04% concentration in the oil phase lowering the interfacial tension to 1.3 dynes/cm. ARS, USDA.     

油水分离膜表面结构可控合成及性能研究

石油开采过程中会产生大量的油水混合物,每天生产生活中也会产生大量含油废水,如何处理这些油水混合物,是环境保护和可持续发展的重大需求。针对含油量较高的油水混合物,本工作制备了疏水-超亲油分离膜。以机械性能较好的泡沫镍为过滤基体,采用电沉积方法,在泡沫镍表面沉积铜颗粒,构筑亲油疏水表面。研究了沉积电位和沉积时间对表面结构的影响,并测试了分离膜表面结构、表面粗糙度及水滴在膜表面的接触角,并对所制备的分离膜进行油水分离性能测试和多次循环的稳定性测试。结果表明,所制备的分离膜具有良好的循环分离性能,对于油水混合物循环十次后分离效率仍在90%以上。本研究为高效油水分离膜材料开发提供了新思路,并拓展了电化学表面改性的应用领域。     

One-pot fabrication of robust hydrophobia and superoleophilic cotton fabrics for effective oil-water separation

A one-pot sonochemical irradiation method was developed for the fabrication of superhydrophobic and superoleophilic cotton fabric from a solution consisting of branched silica nanoparticles and tetraethoxysilane-dodecyltrimethoxysilane sol. The silica/sol-coated cotton fabric could be wetted by liquids of low surface tension, but was water repellent with a water contact angle of 159 ± 1.2° and water shedding angle of 6 ± 0.8°. The as-prepared cotton fabric could be used as effective materials for the separation of oil from water with separation efficiency as high as 98.2% and maintained separation efficiency above 94% after 30 separation cycles for the kerosene-water mixture. Moreover, the superhydrophobic and superoleophilic cotton fabric could maintain stable superhydrophobicity after treatment with strong acidic and alkali solutions, and harsh mechanical damage. Therefore, this reported robust superhydrophobic cotton fabric exhibits encouraging practical application for oil-water separation.     

结合吸附模型预测油水液滴的界面流变性质

界面活性分子在油水界面的吸附将改变其界面性质,如界面张力、界面流变性质,从而影响乳状液体系的稳定。通过吸附模型较为准确地描述活性分子在界面上的吸附行为,是定量描述油水界面性质的有效方法之一。以Span80为界面活性物质,模拟油、去离子水为实验介质,研究了低于及超过临界胶束浓度(实验中确定为0.45 mmol·L^-1)下界面张力及界面扩张模量的影响特性,表现为界面扩张模量随Span浓度的增加而先增大后减小的趋势。将描述纯扩散弛豫的Lucassen-van den Tempel模型,同Langmuir、Frumkin、reorientation和rigorous reorientation(严格重排)吸附模型相结合,用于预测含活性分子油水界面张力及扩张流变的性质;结果表明,结合严格重排吸附模型能够准确地预测油水界面张力,界面扩张模量、相角、弹性和黏性模量随浓度、频率的变化趋势。     

辛基酚聚氧乙烯醚烷基磺酸钠溶液的性能研究

对非离子-阴离子型表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚(10)烷基磺酸钠(OPS-10)的溶液性能进行了研究。用表面张力法测定OPS-10的CMC为65 mg/L;在85℃、无机盐离子浓度90 000 mg/L的水溶液中,OPS-10表现出了良好的抗温抗盐性;动态界面张力研究显示,OPS-10降低油-水动态界面张力的曲线呈"L"型,平衡值达到10-2数量级;室内驱替实验表明,对于特低渗透率的岩心,OPS-10可以在水驱的基础上提高驱油效率2.89%,优于十二烷基苯磺酸钠的驱替效果。基于在上述方面表现的良好性能,OPS-10可以作为驱油剂或助剂进行高矿化度水和高温油藏的驱油实验研究和应用。     

鳞片状BiVO4不锈钢网涂层的制备及其在油水分离中的应用

随着石油泄漏事故的频繁发生和工业含油废水的大量排放,现代化工油水分离问题日益突出。具有特殊润湿性的材料可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。本文以不锈钢网为基底,通过液相法可控制备得到具有不同尺寸、排列的BiVO₄纳米片涂层。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪对其表面形貌与润湿性能进行表征,研究BiVO₄纳米片尺寸和排列对水下疏油性能的影响。结果表明当不锈钢网表面均匀生长着鳞片状BiVO₄,且这些纳米片随机放射排列时,涂层水下油接触角达到了165.1°,倾斜角仅为2.0°,具有水下超疏油性质。将该涂层用于油水混合物的分离,分离效率均在95.0%以上且分离通量最大可达1.4×10⁴L/(m²·h),在油水分离领域展现出巨大的应用潜力。     

OPEO表面活性剂在油水界面的分子动力学模拟

辛基酚聚氧乙烯醚(OPEO)是常用的非离子型表面活性剂,可以显著降低油水体系的界面张力。选择醋酸乙烯酯/水体系,通过改变OPEO中氧乙烯基的数量,采用MS7.0软件中的分子动力学(MD)模拟方法,在常温常压下对油/表面活性剂/水体系的界面生成能、界面厚度等指标进行测定,结果表明,氧乙烯基数量为12时,OPEO的界面生成能较高,降低醋酸乙烯酯/水体系界面张力的能力较好。     

高盐油藏提高采收率的室内研究

高盐油藏在水驱采油之后仍有相当一部分原油滞留在地层中,很难将其采出,因此可选用化学方法动用,但高盐油藏地层水矿化度相对较高,温度相对较高,普通表面活性剂很难满足如此苛刻条件下的油藏环境。因此需要将表面活性剂进行复配,充分发挥各种活性剂的优势,进而达到提高采收率的目的。针对玉门油田鸭儿峡L油藏地层水矿化度的特点,采用阴离子-两性表面活性剂复配,通过测定不同复配比和活性剂浓度下的油水界面张力,最终确定了适用于L油藏的表面活性剂驱油复配体系。实验表明在石油磺酸盐A与C14BE复配比为1:4、1:3,总浓度为0.6%、0.1%时,油水界面张力达到了10-3 m N/m级别。此驱油配方适用于L油藏提高采收率的要求。     

Interfacial tensions of oil,water, chemical dispersant systems

Oil-water interfacial tension measurements are reported for systems of crude oils, distilled and salt water, and chemical dispersants, using the spinning drop technique. By varying the amount of dispersant and the volumetric ratio of water to oil it is possible to deduce an effective oil-water partition coefficient for the interfacial tension reducing species and to suggest a relationship between the extent of interfacial tension reduction and dispersant concentration. The implications of the results in assessing the mechanism and effectiveness of the chemical dispersion process are discussed.     

疏水/亲油丝瓜络制备及在油水分离中的应用

为拓展丝瓜络在油水分离领域的应用,实现农业废弃资源的高值化利用,对天然丝瓜络进行碱-过氧化氢预处理,包括去除蜡质和增大比表面积;配置了纳米二氧化硅和MQ硅树脂疏水分散液,采用超声波辅助浸渍法,以预处理丝瓜络为多孔吸附载体,制得疏水/亲油丝瓜络,并测定其对植物油和水吸附性能、油水混合物的分离效率和重复利用性能。结果表明：浸渍纳米二氧化硅和MQ硅树脂的分散液后,丝瓜络对水和油的接触角分别为140.3°±6°和0°,对植物油和水吸附量分别为4.86g/g和0.28g/g,表现出良好的疏水亲油性能。改性后的丝瓜络对油和水的分离效率分别为76.5%和95.5%,表现出良好的油水分离性能。由于机械挤压破坏了网络结构及部分疏水层的脱落,经过4次过滤后,丝瓜络吸油性能有所降低,影响其重复使用性能。     

罐底油三相分离理论及实验研究

介绍了罐底油的现状及罐底油中渣颗粒和油滴及水在离心力场中的运动规律、受力情况,建立了相应的物理模型;推导出了渣颗粒的离心沉降分离速度、沉降层厚度和油滴的向心分离速度、向心层厚度的表达式;通过小型实验设备对罐底油进行了三相分离实验研究,分析了温度、分离转数等对分离效果的影响。实验与理论分析结果基本吻合,为罐底油的简单有效分离提供了依据。     

石油羧酸盐与重烷基苯磺酸盐复配体系性能研究

通过石油羧酸盐与重烷基苯磺酸盐复配后的体系在弱碱（Na₂CO₃）条件下分别与大庆采油三厂和大庆采油六厂的油水发生作用,对体系的界面张力性能和模拟驱油效率进行检测,同时进行了体系界面张力稳定性试验。结果表明,该复配体系具有优良的界面张力,模拟驱油效率达20%左右,稳定性良好,并且可大幅度提高原油采收率。     

油田高含聚采出水水质特性及其处理技术研究

与常规聚驱采出水相比,高含聚采出水中聚合物浓度较高,粘度较大,Zeta电位电负值较高,小油珠所占比例较大,乳化程度较高,使得高含聚采出水油水分离难度远远高于常规聚驱采出水。高含聚采出水经过24h静沉,水中残余含油量能达到过滤单元进水要求;高含聚采出水中悬浮固体随着沉降时间的延长呈现忽高忽低的交替变化,仅仅通过单一沉降方式,其去除率不高;通过引入气浮的方式,能大大缩短油水分离时间,有效提高高含聚采出水油水分离效率;离心分离技术能在很短的时间内实现油、水、固三相的有效分离,并达到聚驱高渗透回注水指标要求。     

Oil–water separation capability of superhydrophobic fabrics fabricated via combining polydopamine adhesion with lotus‐leaf‐like structure

By the combination of dual bionic on the superhydrophobicity of lotus leaf and the bioadhesion of mussel adhesive protein, the nanoparticles were strongly immobilized onto the surface of cotton fabric to form superhydrophobic and superoleophilic coating. The as‐prepared fabric can be used as effective material for separating various oil/water mixtures. The separation efficiency can reach 99.0%, 97.6%, 98.1%, 96.0%, 94.2%, and 94.5% for toluene/water, n‐hexane/water, chloroform/water, paraffin oil/water, linseed oil/water, and crude oil/water mixtures with volume ratio of 1 : 4, respectively. In addition, the obtained fabric still kept stable superhydrophobicity and high separation efficiency for oil/water mixtures after using repeatedly for 90 cycles or ultrasonic treatment. They also exhibited excellent chemical durability in harsh conditions of strong acidic and alkaline solutions. Owning to high separation efficiency, stable recyclability, low cost, scalable fabrication, and excellent durability, the as‐prepared fabric can be considered as promising material for the separation of oil/water mixtures. © 2015 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2015 , 132, 42614.     

XSY-11双子表面活性剂提高采收率应用研究

通过测定双子表面活性剂与原油的界面张力,发现双子表面活性剂在缺碱的条件下,也可以使油水界面张力降低至超低的能力,证明了其对碱的依赖性较小,优于普通表面活性剂.单独使用双子表面活性剂或者与其他表面活性剂协同使用,均可以使多种原油-水界面张力降低至超低范围.对双子表面活性剂溶液浓度等因素对油水界面张力的影响程度进行了分析.发现双子表面活性剂降低油水界面张力的能力主要与表面活性剂和油的性质密切相关.研究了其界面张力行为,发现双子表面活性剂具有比普通表面活性剂较高的界面活性,并且与盐具有很好的协同性,可以在较宽的盐度和表面活性剂浓度范围内降低油水界面张力至超低范围.     

原油脱水站油水分离效果的影响因素和改善措施

针对近年来大庆油田部分原油脱水站存在的问题,研究了影响原油脱水站油水分离效果的主要因素,提出了改进破乳剂的性能和投加机制,降低游离水脱除器进液中机械杂质含量等提高原油脱水站油水分离效果的改善措施。对采出液处理中应用的破乳剂配方及其加药点设置,沉降罐上部污油回收处理工艺进行了改进。在实际应用中显著改善了大庆油田采出液的油水分离效果,电脱水器运行稳定性显著提高,出矿净化原油水含量低于0.3%的控制指标,沉降罐上部油层厚度可控制在0.3m以下,聚驱沉降罐和水驱沉降罐放水含油量可分别降低到500mg/L和300mg/L的控制指标以下。