表面活性劑在極性纖維濾料脫油再生方面的應(yīng)用研究

0 前言

軟濾料纖維過(guò)濾器—LLY高效過(guò)濾器自發(fā)明以來(lái),在一般水被處理工藝中具有運(yùn)行流速高､出水質(zhì)量好､截污能力高､過(guò)濾阻力小等顯著特點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于電力､石油､化工､冶金､輕紡､醫(yī)藥､制酒及自來(lái)水等行業(yè)。但若將其用來(lái)處理含油污水,首先要解決的是濾料吸油后反沖洗再生問(wèn)題。本文即是根據(jù)纖維及油水的物理化學(xué)性質(zhì),在理論和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇了一種纖維為濾料。通過(guò)一系列的試驗(yàn)研究,確定了用表面活性劑水溶液洗脫再生的方法,成功地解決了纖維吸油后不易再生的難題。

本文根據(jù)纖維吸油后是否易于洗脫再生及吸油性高低,選擇了一種吸油性一般而洗脫再生容易的濾料JX纖維,原油在JX-水界面上的接觸角是91°如圖1。

1 洗脫原理

表面活性劑的加入,可以改變纖維與油膜的界面性質(zhì),減弱纖維與油膜之間的作用力,使油膜脫離纖維表面而分散､懸浮在表面活性劑水溶液中,最后被水流帶走,完成了洗脫過(guò)程。可用下面的簡(jiǎn)單關(guān)系來(lái)表示:

纖維·油+表面活性劑ó纖維·表面活性劑+油

具體經(jīng)過(guò)三種過(guò)程機(jī)理:置換-滾落､乳化､加溶。

1.1 置換-滾落

表面活性劑溶液潤(rùn)濕粘有油膜的纖維表面,吸附在纖維-水､油膜-水的界面上,從而使σ_sw和σ_ow降低,而改變油膜在纖維表面的接觸角θ₀,然后將油膜從纖維表面置換掉,使油污被清除。

1.2 乳化

纖維表面油膜較厚時(shí),洗滌過(guò)程中的機(jī)械攪動(dòng)作用,使油膜被分散成小油珠,從纖維表面加入水相,形成穩(wěn)定的0/w型乳狀液。加入高表面活性劑,以最大限度地降低油水的界面張力,只需最少的機(jī)械功,即可乳化油污。

1.3 加溶

表面活性劑濃度>CMC時(shí),溶液中有膠團(tuán)形成,使原來(lái)在水中不溶的油污可以在膠團(tuán)中加溶。

2 定性定量試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)器材

恒溫水溶鍋､白包纖維､原油､燒杯､鑷子。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

將纖維結(jié)成一小束置于水浴鍋上裝油水的燒杯中(水溫40℃,此時(shí)油已成液態(tài)),待纖維吸附油后,用鑷子挾著纖維做洗脫試驗(yàn)。

2.3 洗凈率P及殘留油量F的計(jì)算方法

稱(chēng)取一定重量的纖維(纖維自重)。讓其吸附上一定量的原油,在20～30℃之間的恒溫箱中烘干至恒重,這時(shí)其與纖維自重之差即為纖維吸附油總量。在做洗脫試驗(yàn)后,再在20～30℃之間恒溫箱中烘干至恒重,這時(shí)其與纖維吸附油總量之差即為洗脫之油量。將洗脫之油量與吸附油總量之比即為洗凈率,即

洗凈率P=(洗前吸油的纖維重量-洗后吸油的纖維重量)/(洗前吸油的纖維重量-纖維自重)×100%=洗脫之油量/吸附油總重量×100%

殘留油量F=洗后吸油的纖維重量-纖維自重

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 熱水再生方法

用熱水(水溫在40℃左右)作再生洗脫水,在一定的攪動(dòng)下,吸著在JX纖維表面上的油滴便容易被沖洗下來(lái),洗凈紡為34 1%,結(jié)果見(jiàn)表1。

2.4.2 表面活性劑再生方法

a 十二烷基苯磺酸鈉,在濃度1041.6mg/L時(shí),可使殘留油量?jī)H為8.1mg/g(纖維),洗凈率為97.7%,見(jiàn)表2。

b 壬基酚聚乙烯醚,在藥液濃度為509.5mg/L時(shí),即可達(dá)到很好效果,見(jiàn)表3。

由此可見(jiàn),用JX纖維作為濾料,在吸油后采用表面活性劑水溶液洗脫再生,是完全可行的。

3 理論分析測(cè)試方法

3.1 表面活性劑對(duì)油､水界面張力的改變的測(cè)定方法

(1)測(cè)試儀器:JYW-200自動(dòng)界面張力儀;(2)采用方法:圓環(huán)法;(3)測(cè)試油水溫度40℃。

3.2 表面活性劑對(duì)油在纖維-水界面上的接觸角的改變的測(cè)定方法

(1)測(cè)試儀器:JY-82接觸角測(cè)定儀;(2)采用方法:液滴法;(3)測(cè)試時(shí)的油水溫度:40℃。

4 結(jié)果分析

根據(jù)分析測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)合理論計(jì)算水對(duì)纖維表面的粘附張力及油對(duì)纖維表面的粘附張力[A_sw-A_so=σ_owcos(180-θ₀)]值和油污對(duì)纖維的粘附功。[W_so/W=σ_os+σ_sw-σ_so=σ_ow(1+cosθ₀)]值。作表如下:

從上面表格中的數(shù)據(jù)可以明顯看出,隨著藥劑濃度的增加,油水界面張力下降,接觸角θ₀變大,粘附功W_so/w變小(越小越好),A_sw-A_so為正變大,結(jié)果為油污從纖維表面較易被水流帶走創(chuàng)造了有利條件。在纖維表面油污較厚時(shí)乳化機(jī)理起作用,則隨著藥液濃度的增加,油水界面張力逐漸下降,油污越易被乳化而分散去除。當(dāng)纖維表面的較厚油污被乳化去除的較薄時(shí),則置換-滾落機(jī)理將和乳化機(jī)理同時(shí)起作用(被置換-滾落下來(lái)的油滴也同時(shí)被乳化而分散掉),此時(shí)隨著油水界面張力的逐漸下降,接觸角θ₀變大,粘附功W_so/w變小,A_sw-A_so變大,油污將進(jìn)一步地被去除,直至被完全地清除(因?yàn)榻佑|角θ₀>90)。再結(jié)合表2､3中的“殘留油量”､“洗凈率”､“洗凈程度”,幾項(xiàng)結(jié)果來(lái)看,可見(jiàn)也是在逐漸減小､增加､變好的。這很好地驗(yàn)證了前面的理論。因?yàn)樗褂盟幰旱臐舛榷?/SPAN>故而,加溶機(jī)理將不起作用。另外,由置換-滾落機(jī)理可知,表面活性劑對(duì)于油污的去除,是因?yàn)樗芪皆诶w維-水界面上,大而降低了纖維-水的界面張力σ_sw,使θ₀增大。由此可見(jiàn),上述兩種表面活性劑都易于吸附在JX纖維-水界面上,從而降低了JX纖維-水的界面張力σ_sw,使θ₀增大。

5 結(jié) 論

1)采用JX纖維作過(guò)濾材料,它吸油后反沖洗再生問(wèn)題是可以解決的。可先用熱          水(40℃左右)進(jìn)行沖洗,然后再配上一定濃度的表面活性劑水溶液(40℃左右),進(jìn)行洗滌,可使濾料表面獲得完全的清潔再生,油污､固體懸浮物等被徹底清除。

2)從理論上,分析了表面活性劑水溶液將JX纖維表面油污的去除過(guò)程及機(jī)理,得出:由于JX纖維表面油滴的接觸角θ₀>90°,因而,通過(guò)乳化過(guò)程和置換-滾落過(guò)程,在油水界面張力被表面活性劑溶液降低時(shí),僅做少量機(jī)械功(攪拌),就可以達(dá)到將油污完全去除,無(wú)需加溶過(guò)程的參與。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉凡清等 LLY-高效過(guò)濾器的研制 工業(yè)水處理,1991,11(3):26

[2] 趙國(guó)璽 表面活性劑物理化學(xué) 北京大學(xué)出版社,1984

[3] 顧惕人等 表面化學(xué) 北京:科學(xué)出版社,1994