[发明专利]基于碳纳米管膜的油水分离装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油水分离设备及方法，尤其涉及一种基于碳纳米管膜的油水分离装置及方法，属于功能材料、化学化工及环境保护领域。

背景技术

油水分离是一个世界性的研究热点。由于近年的工业污水问题的加重，以及海洋石油泄漏等环境问题的发生，油水分离材料得到人们越来越多的关注。因为油水分离是一个界面性的问题，使用具有特殊浸润性的材料制备成多孔膜结构，可以根据其表面性质的不同，从而达到进行油水混合物的分离。但是现在油水分离膜的产品相对较少，主要采用是聚合物或者复合材料来制备，不仅成本较高，材料稳定性以及重复使用效率亦均有待进一步提高，并且只适用于对特定油水混合体系的分离，使用范围窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳纳米管膜的油水分离装置及方法，其能实现多种油水混合物的高效、快速分离，且操作简单，成本低廉，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

碳纳米管膜作为油水分离滤膜的应用，所述碳纳米管膜具有由多根碳纳米管交织形成的网络结构。

一种基于碳纳米管膜的油水分离装置，它包括：

碳纳米管膜，所述碳纳米管膜具有由多根碳纳米管交织形成的网络结构；

以及，用于固定所述碳纳米管膜的支撑机构。

进一步的，所述碳纳米管膜的厚度为10-500nm，膜孔径为2-1000nm。

所述支撑机构包括多孔衬底。

所述多孔衬底至少选自金属网、纤维织物、高分子滤膜、陶瓷膜中的任意一种，但不限于此。

一种油水分离设备，其特征在于，它包括如上所述的油水分离装置。

一种油水分离方法，其特征在于，该方法为：将油水混合物输入如上所述的油水分离装置内或如上所述的油水分离设备内，使油相通过碳纳米管膜，而使水相被碳纳米管膜阻留，实现油相与水相的分离。

进一步的，所述油水混合物至少选自油、水相直接混合形成的油水混合物和乳化油水体系，所述乳化油水体系包括稳定微乳液和不稳定悬浮液。

作为优选的方案之一，对于由两种以上油相物质形成的油相混合物，首先利用水相体系萃取其中的一种以上油相物质，形成油水混合物，再将所述油水混合物输入如上所述的油水分离装置内或如上所述的油水分离设备内，使油相通过碳纳米管膜，而使水相被碳纳米管膜阻留，实现油相与水相的分离。

该方法可以在压力为-1MPa～1MPa的气压条件下进行。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：

（1）原料采用市售的单壁、双壁或者多壁碳纳米管，对其分散方法没有任何限制，目标只要能形成自支持的碳纳米管膜，表面不经过任何的修饰和改性，便可以利用碳纳米管膜本身的性质进行油水分离。

（2）碳纳米管相对于市场上的聚合物，复合材料的油水分离膜，具有性质稳定，可以抵抗各种酸性或者碱性溶液，因此可以用于极端条件下的油水分离，对环境保护方面具有很重要的意义。

（3）碳纳米管薄膜可以简单地根据碳纳米管的用量不同，对其厚度和孔径进行控制。并且可以得到孔径完全是纳米或亚微米级别，甚至在几个纳米或几十纳米范围可调，是一般的聚合物或者复合材料多孔薄膜材料所不具备的。纳米级的孔径提供的尺寸效应，使得乳化油水可以得到高纯度的分离。

（4）碳纳米管膜可以多次重复使用。在乳液分离过程中，由于破乳和油水分离，造成乳化剂或分离相会在滤膜表面沉积，影响分离的通量，但是基于碳纳米管膜的分离膜只要简单的用乙醇洗涤，便可以取出表面吸附物质，恢复原有通量，保证高的分离效率。

（5）碳纳米管膜化学性质稳定，可抗酸抗碱，可用于含大量酸或碱的油水混合物的分离。

附图说明

图1为本发明实施例1中所采用碳纳米管膜的SEM照片；

图2a和2b是分别以水滴和油滴（以二氯甲烷为例）在本发明实施例1所使用的碳纳米管膜表面的接触角照片；

图3是本发明实施例1中油水分离装置的结构示意图，其中各组件及其附图标记分别为：碳纳米管膜1、多孔支撑衬底2（陶瓷膜）。

具体实施方式