[发明专利]一种用于油水混合液分离的改性聚四氟乙烯复合聚结填料

说明书

本发明涉及一种用于油水混合液分离的改性聚四氟乙烯复合聚结填料。首先结合硫酸溶液浸泡、羟基化修饰、硅烷化改性和氨基化封端反应，配合引发剂、偶联剂和封端剂，对聚四氟乙烯纤维进行强化疏水改性处理。随后，改性聚四氟乙烯纤维以齿形结构与奇数根(n＝3,5,7,...)金属纤维混编成复合聚结材料纤维束，再将复合聚结材料纤维束以十字型交错编织成纤维网。最后，将多块纤维网以并联方式组合成为复合聚结填料。此复合聚结填料通过十字形交织网状结构对微油滴的拦截作用和齿形编织的强化疏水改性聚四氟乙烯纤维对微油滴的捕集特性，可实现油水混合液中微油滴的高效去除。

技术领域

本发明涉及一种用于油水混合液分离的改性聚四氟乙烯复合聚结填料。属于水处理技术领域。

背景技术

含油废水主要来源于石油炼制、石油化工、钢铁、机械加工等工业部门生产装置的油水分离过程以及油品、设备的洗涤、冲洗过程，其中的油类物质种类众多，包含天然石油、石油产品、焦油、以及乳化油等。而油类物质在废水中的存在形式多样，可分为浮油、乳化油和溶解油，其中以浮油和乳化油的存在形式居多。而浮油可以通过过滤、静置、絮凝、沉淀等方式实现较好的去除，而以乳化状微油滴形式存在的这种油类物质，由于油滴表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍了油滴合并，难以通过以上方式从废水中静沉分离出来，加大了含油废水的处理难度。纤维聚结除油方法以纤维表面的亲疏水特性实现油水混合液的物理分离，具有不添加化学试剂、无二次污染、稳定可靠等特性。然而传统的油水分离材料的界面润湿特性不明显，亲油性和疏水性均较弱，对浓度和粘度差异大的油水混合液的分离效率低下。因此，开发一种性能优良的低成本油水分离材料是当下纤维聚结除油技术发展和工业废水处理应用的迫切需求。

中国发明专利(CN103864176A)公开了一种用于油田采出水处理的多级可调间距改性聚结填料。此发明通过在支撑杆上设置可调螺栓或卡箍来调节聚丙烯纤维共混改性的水平波折流聚结板间的间距，实现对油田采出水的稳定处理。但是该材料仅依靠材料原始的亲疏水特性，配合聚结板结构设计和间距调控，其结果是油水分离性能较低，且由于大量采用金属板作为支撑，投入成本高昂。

中国发明专利(CN108658169A)公开了一种用于冷轧浓油废水除油的改性聚丙烯复合聚结材料及制备方法。此发明中首先分别对聚丙烯纤维和不锈钢丝进行十六烷基溴化吡啶改性和表面钝化处理，提升聚丙烯纤维的亲油疏水性。然后利用改性聚丙烯纤维和钝化不锈钢丝编织成为改性聚丙烯复合聚结材料。

中国发明专利(CN109200628A)公开了一种用于油水分离的聚结纤维材料。此发明中聚结纤维材料于纤维丝长度方向上间隔形成多个呈周期性均匀分布的变径结构，由于周期性变径结构的存在使得吸附于表面的水份在表面张力的作用下能够迅速实现汇集，可由此捕获微小水滴并实现快速聚结分离。该种聚结纤维材料结构以及制备方法简单，但是仅依靠结构的变化，并没有改变材料本身的亲疏水特性，并不能显著提升油水分离效率，且由于纤维直径变化较大，降低了纤维的抗拉强度。

中国发明专利(CN106823470B)公开了一种利用接枝共聚方法制备的用于水脱油的复合聚结材料。此发明中首先对聚丙烯纤维进行强酸改性和丙烯酸乙酯接枝处理，获得改性聚丙烯纤维。然后通过改性聚丙烯纤维与缠绕304不锈钢金属丝混编获得亲油疏水复合纤维。最后采用亲油疏水复合纤维和亲水疏油玻璃纤维的米字型交错编织方式获得复合聚结材料。但是由于对聚丙烯纤维的改性过程涉及到高锰酸钾和丙烯酸乙酯在强酸条件下的反应，不仅危险性高，同时反应稳定性差。且将两种表面润湿特性截然相反的纤维进行混编并用于水脱油应用，会造成油滴在纤维表面的不稳定捕集和无法聚结长大，不适用于工业中的油水分离。

聚四氟乙烯具有极高的耐化学腐蚀性能，其本身也具有一定的亲油疏水特性，但是由于较低的机械性能，不能单独作为聚结纤维材料使用。通过结合金属纤维作为承载骨架，特别是选用具有柔韧性好、机械性能佳、耐热耐腐蚀等特性的不锈钢金属纤维，以多种纤维混编方式所获得复合纤维材料，具有良好的机械强度、稳定的亲油疏水特性，可作为功能性填料实现油水混合液的分离，具有极大地应用潜力。