油水分离简介及应用

02 乳液喷涂
均匀喷涂在不锈钢基板上（干燥压缩空气，0.6MPa）
03 加热分解
烘箱 350℃ 30min
Angew. Chem. Int. Ed. 116 (2004) 2046–2048.
碳纳米管膜
图. SEM图像
2013年 Zhun Shi 成功制备超薄自支撑多壁碳纳米管网络膜
1 碳纳米管分散液
用于油水分离的超润湿纤维膜 的设计和制造
A
目录 B
CONTENTS C
D
研究背景 性能表征 合成工艺 总结展望
01 研 究 背 景
研究背景
原油泄漏
工业加工产生 的含油废水
淡水短缺
研究背景
机械 方法
化学 方法
01
油栅、撇油器、屏障以及天然和合成的吸 收体构成了一个典型的机械清理系统
02 原位燃烧、化学分散剂和化学固化
• 直径小，由这些结构组 成的膜既可以具有可调 节的有效孔径，又可以 在纳米尺度上具有超薄 的活性分离层
Nature. NPG Asia Materials (2014) 6, e101; doi:10.1038/am.2014.23
研究背景
纤维基膜的分类
优点
多种纤维素可以选择 产生的孔洞可以选择性分离油水混合物 比表面积大有利于微尺度或纳米尺度粗糙 度结构的构建和润湿性改性
图. TEM图像
Separ. Purif. Technol. 75 (2013) 243–248.
自然纤维基膜
2014年 Cortese等 制备了一种类金刚石碳涂层棉织物膜
图（a）原始的； （b）10min氧气等离子体处理； （c）类金刚石碳涂层沉积后的棉织物纤维
1 氧气等离子体处理 2 类金刚石碳涂层的沉积
Carbon, 115 (2017), pp. 477-485
智能润湿性
CO2作为触发剂来调节表面超亲油 性和超疏油性
适用于己烷、石油醚、正庚烷等
Angew. Chem. Int. Ed., 54 (2015), pp. 8934-8938
03 分 类 及 合 成 方 法
纤维基膜
01 金属网状膜 02 碳纳米管膜 03 氧化物纤维膜
增加低表面能表面的粗糙度 降低粗糙表面的表面能
超疏水/超亲油特性
两步法溶胶凝胶法制晶种膜
优先C轴取向
一步法制造超疏水纤维素/ 双氢氧化物（LDH）层状 膜
分层粗糙结构
J. Am. Chem. Soc., 126 (2004), pp. 62-63 Chem. Eng. J., 328 (2017), pp. 117-123
超亲水/水下超疏油润湿性
油滴定向（头→尾）滚动 油接触角（OCA）高达156.1±1.8°
软光刻合成鳕鱼皮肤的复制表面
Adv. Funct. Mater., 24 (2014), pp. 809-816
Janus润湿性
制备流程
PANEN侧 高效水包油乳液分离 CNT侧 高效油包水乳液分离
研究背景
根据膜分离材料的组成，可分为三大类：
聚合物主导的 过滤膜
• 聚合物一般为聚偏氟乙 烯(PVDF)、聚砜
• 大多数聚合物是亲油性， 造成膜污染
陶瓷过滤膜
• 较高的化学稳定性、热 稳定性和机械稳定性， 适合在腐蚀性、高温等 恶劣环境中使用
• 孔径限制
纳米材料的超 薄过滤膜
• 碳纳米管、纳米线、纳 米纤维
Chemical Engineering Journal 364 (2019) 292–309
02 纤维基膜在油/水分 离中的优异性能
纤维基膜特性
超疏水/超亲油特 性高静态水接触角（> 150°）
和低滑动角（<10°）
Janus润湿 性 广义的Janus膜：膜两侧具有不同性质
的分离膜 狭义的Janus膜：必须要求膜两侧有着 相反的性质。
01 自然纤维基膜 02 静电纺丝纤维膜
金属网状膜
图.金属网状膜的SEM图像
2004年 Lei Jiang 首次制备油水分离金属网状膜
01 制备乳液
聚四氟乙烯 胶粘剂(聚醋酸乙烯酯） 分散剂(聚乙烯醇） 表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠） 去离子水
(30 wt%) ( 10 wt%) ( 8 wt%) ( 2 wt%) ( 50 wt%)
[多壁碳纳米管粉，甘油，κ卡拉胶，3-(N, N -二甲 基芳基胺)-丙磺酸盐，去离子水 ] 混合、离心取上 清液
2 抽滤
3 分离-利用丙酮溶解MCE滤膜
图. 宏观图像
Adv. Mater. 25 (2013) 2422–2427.
氧化物纤维膜
2013年 Zhou等 成功制备纳米ZrO2包覆商用Al2O3微滤膜
超亲水/水下超 疏油润湿性
超亲水性显示出与超疏水相反的润 湿现象，是由Toto有限公司研究所 于1955年发现的。
智能润湿性
润湿性可控的智能表面在外部条件 （光照、电场、热等）的刺激下，润 湿特性可发生可逆转变。
Lotus Effect
荷叶的特殊超疏水性：
低表面自由能的蜡层 分层粗糙结构
制造超疏水表面方法：
纤维基材的机械稳定性较差 重油对分离材料的污染
Thank You！
J. Mater. Chem. A 2 (2014) 6781–6789.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
静电纺丝纤维膜
J. Mater. Chem. A 2 (2014) 10137–10145.
04 总结展望
总结展望
03 02
01
厚度，润湿性，孔径，分离效率和分离助熔剂之 间的关系是需要解决的重要问题
处于实验阶段，推广到实际应用
03 微生物降解含油废水中的碳氢化合物
04 选择不同的过滤膜选择性分离混合物
膜分离 技术
生物 方法
01 环境友好，常温操作 膜分离优点 02 简单易操作
03 选择性多，可以分离复杂的油水混合物
研究背景
膜分离的工作原理
根据表面孔径分类
M. Padaki et al. / Desalination 357 (2015) 197–207