表面活性剂在极性纤维滤料脱油再生方面的应用研究

0 前言

软滤料纤维过滤器—LLY高效过滤器自发明以来,在一般水被处理工艺中具有运行流速高､出水质量好､截污能力高､过滤阻力小等显著特点,被广泛地应用于电力､石油､化工､冶金､轻纺､医药､制酒及自来水等行业。但若将其用来处理含油污水,首先要解决的是滤料吸油后反冲洗再生问题。本文即是根据纤维及油水的物理化学性质,在理论和试验的基础上,选择了一种纤维为滤料。通过一系列的试验研究,确定了用表面活性剂水溶液洗脱再生的方法,成功地解决了纤维吸油后不易再生的难题。

本文根据纤维吸油后是否易于洗脱再生及吸油性高低,选择了一种吸油性一般而洗脱再生容易的滤料JX纤维,原油在JX-水界面上的接触角是91°如图1。

1 洗脱原理

表面活性剂的加入,可以改变纤维与油膜的界面性质,减弱纤维与油膜之间的作用力,使油膜脱离纤维表面而分散､悬浮在表面活性剂水溶液中,最后被水流带走,完成了洗脱过程。可用下面的简单关系来表示:

纤维·油+表面活性剂ó纤维·表面活性剂+油

具体经过三种过程机理:置换-滚落､乳化､加溶。

1.1 置换-滚落

表面活性剂溶液润湿粘有油膜的纤维表面,吸附在纤维-水､油膜-水的界面上,从而使σ_sw和σ_ow降低,而改变油膜在纤维表面的接触角θ₀,然后将油膜从纤维表面置换掉,使油污被清除。

1.2 乳化

纤维表面油膜较厚时,洗涤过程中的机械搅动作用,使油膜被分散成小油珠,从纤维表面加入水相,形成稳定的0/w型乳状液。加入高表面活性剂,以最大限度地降低油水的界面张力,只需最少的机械功,即可乳化油污。

1.3 加溶

表面活性剂浓度>CMC时,溶液中有胶团形成,使原来在水中不溶的油污可以在胶团中加溶。

2 定性定量试验

2.1 试验器材

恒温水溶锅､白包纤维､原油､烧杯､镊子。

2.2 试验过程

将纤维结成一小束置于水浴锅上装油水的烧杯中(水温40℃,此时油已成液态),待纤维吸附油后,用镊子挟着纤维做洗脱试验。

2.3 洗净率P及残留油量F的计算方法

称取一定重量的纤维(纤维自重)。让其吸附上一定量的原油,在20～30℃之间的恒温箱中烘干至恒重,这时其与纤维自重之差即为纤维吸附油总量。在做洗脱试验后,再在20～30℃之间恒温箱中烘干至恒重,这时其与纤维吸附油总量之差即为洗脱之油量。将洗脱之油量与吸附油总量之比即为洗净率,即

洗净率P=(洗前吸油的纤维重量-洗后吸油的纤维重量)/(洗前吸油的纤维重量-纤维自重)×100%=洗脱之油量/吸附油总重量×100%

残留油量F=洗后吸油的纤维重量-纤维自重

2.4 试验结果

2.4.1 热水再生方法

用热水(水温在40℃左右)作再生洗脱水,在一定的搅动下,吸着在JX纤维表面上的油滴便容易被冲洗下来,洗净纺为34 1%,结果见表1。

2.4.2 表面活性剂再生方法

a 十二烷基苯磺酸钠,在浓度1041.6mg/L时,可使残留油量仅为8.1mg/g(纤维),洗净率为97.7%,见表2。

b 壬基酚聚乙烯醚,在药液浓度为509.5mg/L时,即可达到很好效果,见表3。

由此可见,用JX纤维作为滤料,在吸油后采用表面活性剂水溶液洗脱再生,是完全可行的。

3 理论分析测试方法

3.1 表面活性剂对油､水界面张力的改变的测定方法

(1)测试仪器:JYW-200自动界面张力仪;(2)采用方法:圆环法;(3)测试油水温度40℃。

3.2 表面活性剂对油在纤维-水界面上的接触角的改变的测定方法

(1)测试仪器:JY-82接触角测定仪;(2)采用方法:液滴法;(3)测试时的油水温度:40℃。

4 结果分析

根据分析测试的数据结合理论计算水对纤维表面的粘附张力及油对纤维表面的粘附张力[A_sw-A_so=σ_owcos(180-θ₀)]值和油污对纤维的粘附功。[W_so/W=σ_os+σ_sw-σ_so=σ_ow(1+cosθ₀)]值。作表如下:

从上面表格中的数据可以明显看出,随着药剂浓度的增加,油水界面张力下降,接触角θ₀变大,粘附功W_so/w变小(越小越好),A_sw-A_so为正变大,结果为油污从纤维表面较易被水流带走创造了有利条件。在纤维表面油污较厚时乳化机理起作用,则随着药液浓度的增加,油水界面张力逐渐下降,油污越易被乳化而分散去除。当纤维表面的较厚油污被乳化去除的较薄时,则置换-滚落机理将和乳化机理同时起作用(被置换-滚落下来的油滴也同时被乳化而分散掉),此时随着油水界面张力的逐渐下降,接触角θ₀变大,粘附功W_so/w变小,A_sw-A_so变大,油污将进一步地被去除,直至被完全地清除(因为接触角θ₀>90)。再结合表2､3中的“残留油量”､“洗净率”､“洗净程度”,几项结果来看,可见也是在逐渐减小､增加､变好的。这很好地验证了前面的理论。因为所使用药液的浓度都故而,加溶机理将不起作用。另外,由置换-滚落机理可知,表面活性剂对于油污的去除,是因为它能吸附在纤维-水界面上,大而降低了纤维-水的界面张力σ_sw,使θ₀增大。由此可见,上述两种表面活性剂都易于吸附在JX纤维-水界面上,从而降低了JX纤维-水的界面张力σ_sw,使θ₀增大。

5 结 论

1)采用JX纤维作过滤材料,它吸油后反冲洗再生问题是可以解决的。可先用热          水(40℃左右)进行冲洗,然后再配上一定浓度的表面活性剂水溶液(40℃左右),进行洗涤,可使滤料表面获得完全的清洁再生,油污､固体悬浮物等被彻底清除。

2)从理论上,分析了表面活性剂水溶液将JX纤维表面油污的去除过程及机理,得出:由于JX纤维表面油滴的接触角θ₀>90°,因而,通过乳化过程和置换-滚落过程,在油水界面张力被表面活性剂溶液降低时,仅做少量机械功(搅拌),就可以达到将油污完全去除,无需加溶过程的参与。

参 考 文 献

[1] 刘凡清等 LLY-高效过滤器的研制 工业水处理,1991,11(3):26

[2] 赵国玺 表面活性剂物理化学 北京大学出版社,1984

[3] 顾惕人等 表面化学 北京:科学出版社,1994