油水分离膜的制备与应用

油水分离膜的制备与应用综述

摘要: 油水分离膜分为有机膜、无机膜、复合膜，本综述分别就工业中常用的有机膜（纤维素膜）、复合膜（不同种膜材料混合制成）、无机膜（煤基管状碳分离膜）的制备方法以及应用做了一些简要介绍和概括。

关键词：膜污染纤维素膜聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜表面改性共混 IPN结构聚醚砜和聚丙烯晴相转化法（sol-gel）碳膜油水分离

1 引言

油污染作为一种常见的污染，对环境保护和生态平衡危害极大,无论是环境治理、类回收及水的再利用都要求对含油污水进行有效分离。含油污水中油的存在形态可分为4类：油的粒径大于150 µm，称为浮油；油的粒径在20～150µm之间，称为分散油；油的粒径小于20µm，称为乳化油；油的粒径小于几微米时则为溶解油 [1] 。

膜分离技术主要用于分离稳定的乳化油，是对含油污水进行深度处理的可行而有效的方法[2]。以往研究较多的是疏水膜。常用的疏水性膜由聚乙烯，聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯等聚烯烃类聚合物组成[3]，去除油中少量水杂质的效果良好,但是容易使膜被严重污染。另外，油分子容易在疏水膜内聚结而阻止水通过，使水通量急剧下降。

为使油能快速离开膜表面、防止膜污染、保持水通量，膜的表面化学性质应是亲水的。亲水性膜水通量高，抗污染能力强，已渐成为含油污水除油作业的主要膜材[3]。亲水性的强弱可通过添加适当的亲水基团来控制。常用的亲水膜材料有聚醚砜，纤维素酯，聚酰亚胺/聚醚酰亚胺，聚脂肪酰胺和聚丙烯腈等具有亲水基团的高分子聚合物。增大膜的亲水性有利于水通量的提高，可大大降低膜的污染，但亲水性过高时膜易溶胀，丧失机械强度。另外，亲水性膜较疏水性膜耗费能源多，且易受表面活性剂影响。

无机陶瓷膜也属于亲水膜，氧化铝膜使用最为广泛，近来的新研究则注重二氧化钛膜、二氧化硅膜、二氧化锆膜及其复合膜。陶瓷膜的优点很多：能承受高温、高压，抗化学药剂能力强，机械强度高，受pH 值影响小，抗污染，寿命长等但陶瓷膜制备成本高，膜孔不易小孔径化，可选用的材料种类较有机膜少得多。

对膜分离技术所面临的最重要的限制因素——膜污染问题，可以使用膜表面改性技术增强膜表面的亲水性以减小污染。通过表面改性技术可制出适当的油水分离膜，既具有足够的机械强度，又能有效地降低膜污染。膜表面改性技术主要有有机物接枝膜改性，等离子聚合法，有机物嵌段共聚膜改性，溶剂化，离子移变凝胶膜和共混复合改性等，其中共混复合改性方面的研究越来越引起人们的重视。该方法在溶剂中加入改善性能的助溶剂，使两种膜材料的相容性(互溶性)得到改善，诱导一种膜材料在另一种膜材料表面成膜，使界面高分子互相贯穿成网络结构，即互穿聚合物网络(IPN)。[1]

2 油水分离膜的制备与应用

常用溶剂，很难直接加以利用。环胺氧化物溶剂体系是目前研究最为广泛、应用最为成功的一类纤维素溶剂，典型代表为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)。介兴明等以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMM0) 为溶剂物理溶解纤维素，制备出了新型纤维素膜。[4]所制备的新型纤维素中空膜在3个方面表现出较好的应用潜力：①湿态下纤维素膜对CO2具有较高的渗透性能，同时对CH4、N2甚至H2都具有较高的分离系数；②该膜油水分离性能优异，同时耐污染能力较强，在油水分离过程中通量稳定，清洗周期长，通量极易恢复，表现出了良好的应用前景；③该膜采用NaOH水溶液作为吸收剂膜法脱除硫醇，基本无油分损失．可用于炼油工业大规模脱硫

脱臭. [5]

王忠明等用杨梅单宁改性皮胶原纤维膜。制备出了新型膜分离材料，这种膜材料热稳定性较高，亲水性较好，机械强度较高，表面存在大量的微细纤维束，容易使乳液破乳而聚集，因而有利于实现O／W型乳液的油水分离。[6]

2.2 复合膜

王枢等采用界面聚合法对具有陶瓷基膜的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行表面改性，制备出具有聚酰胺/聚乙烯醇(PVA)复合功能表层的抗污染有机/无机复合膜。[7]该膜对高度乳化的含油水具有良好的分离性能，在水通量和油截留率两方面都优于PVDF 超滤膜。[8] 丁健等着重研究了具有强亲水集团的聚合物与具有疏水集团的聚合物的复合改性，采用共混的方法, 在溶剂中加入改善溶剂性能的助溶剂, 使相对溶解度不好的两种膜材料的溶解度得到改善, 诱导一种膜材料在另一种膜材料表面成膜, 制成了有IPN结构的聚醚砜和聚丙烯晴共混而成的油水分离膜。并且对其在华北油田的应用做了研究。[9] 张裕媛、张裕卿用相转化法（sol-gel）将Al2O3微粒填充到聚砜中制成了聚砜-Al2O3复合膜。该复合膜具有有机膜与无机膜的共同优点。这种复合膜可以制备在各种载体上，可以制成各种形式的膜组件，对含油水具有很好的处理效果。[10]

2.3 煤基管状碳分离膜

炭膜具有无机膜的一般特点，而且孔径可调，因此应用前景较大。陈永等以廉价的煤为原料，加入高分子粘结剂，制备煤系高分子热塑性材料，继而采用热成型的方法将其挤压成管状原膜，再经炭化和改性等工艺制备成炭分离膜，制得的膜对油水分离效果很好。炭膜使用一段时间后，渗透速率下降，取下炭膜，再在氮气保护下高温炭化，其分离能力可得到恢复，能够重复使用。[11]

3 结语

油水分离膜主要是在一些具有油水分离特性的膜上进行表面改性以防止膜污染、保持水通量。由于膜技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点, 使其在油水分离领域有很大的发展潜力。由于有膜污染问题，因此需要对膜材料进行表面改性，从而使膜保持良好的分离性能和较长的使用寿命。油水分离膜可以用于处理含油污水、石油开采等需要进行油水分离的方面。

4 参考文献

[1] 王枢，褚良银，陈文梅，肖新材，王广金.油水分离的研究新进展[J]．油田化学。2003, 20(4):387-390

[2] Cheryan M，Rajagopalan N. Membrane Processing of Oily Streams：Wastewater Treatment and Waste Reduction． J．Membr. Sci ，1998， 151： 13-28

[3] 李海波，胡莜敏，罗茜．含油废水的膜处理技术[J]．过滤与分离,2000,10(4)：10-14．

[4] 介兴明，曹义鸣，李红剑，袁权.纤维素直接溶解成膜及其分离特性研究进展[J].化工学报。2006,57（8）：1756-1762

[5] 介兴明，李红剑，杨杏，曹义鸣. 溶剂法纤维素中空膜的应用研究[J].中外能源。2006（11）：80-84

[6] 王忠明，廖学品，石碧. 单宁改性皮胶原纤维膜用于油水分离的研究[J].高校化学工程学报。2008,22（3）：510-516

[7] 王枢褚良银陈文梅李艳王广金. 界面聚合表面改性法制备高效抗污染油水分离