另外,在很多因常年开采而耗尽的油田中,人们将水注入地下从而置换出油,也造成了提出来的油中含有大量的水[3]。因此,越来越需要一种能够进行有效油水分离的方法。
1.2 主要除油方法
现在,针对于油污污染采取的措施多为比较传统的方法,其主要有机械法、围栏吸油法、受控燃烧法[4]、化学分散法[5]、固化法[6]、生物氧化法[7]和浮选法[8]等。其中,机械和燃烧的方法,在油膜厚度大于10-2mm时,机械和燃烧的效果才能显现,油膜越厚,效果越好。在机械收油设备中使用最广泛的是亲油式收油机。其工作原理为利用转动的亲油材料表面吸附浮油,并将被吸附的油带离水面,转动到除油装置中(如:刮板滚柱等),而去除下来的油会流到一个聚集装置中。然而在油膜厚度小于10-2mm时,机械和燃烧的效果就不明显了,就会采用围油栏、化学分散剂或者一些吸附材料。化学分散剂又称之为溢油分散剂、化学消油剂,其主要分为凝集沉降型、凝集上浮型和乳化分散型3种。化学分散剂实际上就是由表面活性剂、溶剂及少量助剂复配而成的油处理剂。其中,表面活性剂通常使用的是烷基酚聚氧乙烯醚类、聚乙二醇油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯等,主要作用是乳化油膜,使其形成O/W型乳状液;溶剂的主要作用是降低污染油的粘度;少量助剂的作用是促进乳化分散,提高乳化效率,增大乳液稳定性[9]。
化学分散剂主要适用于油膜厚度在10-3mm–10-1mm之间的水面污染情况。而且其的沉降深度一般不超过3m,从而使得其能够比较容易的在海面上扩散,并随着时间的推移自然消失。然而,化学分散剂形成的包覆体系难以自然降解,这也就意味着沉降的油滴会造成二次污染。而且,虽然说化学分散剂的覆盖面广,但是相对而言,化学分散剂费用昂贵,乳化效率低。现如今已经很少再用化学分散剂处理漏油泄油事件。
因此针对漏油事件,国内外主要的研究方向便是生产出一种高疏水的轻质材料,从而能够在水面上完成吸油。
1.3 国内外研究现状
国内外研究的吸附材料主要可分为无机型吸附材料、有机天然材料和有机合成材料这三种[10]。下面对这三种材料分别进行介绍。
1.3.1 无机型吸附材料
无机型吸附材料主要集中在活性炭、石墨烯和硅酸盐上,利用大孔隙率和大比表面积,将溢油吸附在孔道里。
郝杨等通过改性鳞片石墨制得膨胀石墨,测试出在30℃下,当废水以80BV/h的流速流经床体时,1BV的膨胀石墨可处理2570BV的废水,其出水油平均质量浓度达到了9mg/L[11]。但是,其材料昂贵,反应条件苛刻,不能循环利用。
Li等通过水热自组装,使用三异氰酸酯增强和超临界CO2干燥合成了三异氰酸酯加强石墨烯气凝胶[12]。其具有低密度(0.08g/cm3),高压缩破坏强度(0.24MPa)和对原油(〜169mg/g)的良好吸附能力。但这个吸油能力远不能达到实际应用所需。而且,其合成条件苛刻。
宋宁宁等制备了一种改性后的凹凸棒石颗粒吸附剂,其可进行5次再生使用,并且有很好的持油性,油释放率仅为2.05%[13]。但是,其有严格的停留时间并对吸油装置有较高要求,提高了吸油的花费。
随着自然界某些植物表面特殊浸润性的发现,研究人员对这些植物表面的独特结构产生了越来越大的兴趣[14]。通过不断地深入和交叉,利用材料特殊浸润性对油、水的不同作用来实现油水分离现如今已经引起了人们的广泛关注。除此之外,碳纳米管[15]、碳酸钙粉末[16]、金属网[17]等材料都被应用于构建超疏水界面以及油水分离的研究。