無機(jī)鹽提高含油污水超濾處理效果的應(yīng)用研究

甘小皓 劉恒毅

（西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 四川成都 610500）

無機(jī)鹽提高含油污水超濾處理效果的應(yīng)用研究

甘小皓 劉恒毅

（西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 四川成都 610500）

以聚醚砜為原料，采用相轉(zhuǎn)移法制備平板式超濾膜，并采用氯化鋰、氯化鎂和氯化鋅等無機(jī)鹽對(duì)膜進(jìn)行摻雜。將制備的膜材料用接觸角測(cè)量儀進(jìn)行表征，并評(píng)價(jià)膜材料對(duì)含油污水的過濾效果和抗污染性能。結(jié)果表明，加入無機(jī)鹽后的膜材料親水性顯著提高，表面接觸角從108.9°降至41°~52°。過濾性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，加入無機(jī)鹽后純水和含油污水通量均大幅上升，其中氯化鋰對(duì)通量提升效果最明顯。經(jīng)超聲清洗1h后通量恢復(fù)率均大于90%，加入氯化鎂的通量恢復(fù)率達(dá)97.8%。綜合考慮截留率與抗污染性能，氯化鎂對(duì)聚醚砜膜具有最好的改性效果。

超濾；聚醚砜；無機(jī)鹽；含油污水

伴隨石油的開采，帶來了大量的含油污水亟需處理。對(duì)于含油污水處理的常用手段是添加清水劑，達(dá)到油水分離的目的[1,2]。但清水劑的藥劑費(fèi)用高，而且適應(yīng)性存在一定問題，當(dāng)污水性質(zhì)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，可能出現(xiàn)處理不達(dá)標(biāo)的情況。因此研究其他的處理技術(shù)非常有必要。膜分離技術(shù)對(duì)于污水處理具有較好的應(yīng)用前景[3,4]。但目前膜分離技術(shù)最大的問題在于，膜材料容易受油污染。因此如何提高膜材料抗污染性能，對(duì)于膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，具有重要意義。

對(duì)于膜材料的抗污染性能的研究主要集中在對(duì)膜材料進(jìn)行改性，提高其親水性，從而改善其抗污染性能。目前常用添加親水性的無機(jī)鹽[5]、納米氧化物顆粒[6]或兩親性聚合物，如聚醚[7]。其中，添加無機(jī)鹽是比較常見且有效的方法。常用的無機(jī)鹽包括LiCl[8]、MgCl2[9]及ZnCl2[10,11]等。鑒于目前一部分研究是利用無機(jī)鹽對(duì)聚合物分子進(jìn)行截流，直接對(duì)比各種無機(jī)鹽對(duì)含油污水過濾效果影響的研究較少，因此有必要對(duì)此問題進(jìn)行研究。

本文采用傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)變法用于制備聚醚砜超濾膜。并用無機(jī)氯鹽對(duì)超濾膜進(jìn)行摻雜，用于改善其親水性，從而提高抗污染性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

聚醚砜（PES，6020P，BASF）；聚環(huán)氧乙烷（PEO）、乳化劑OP-10、表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（成都科隆）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，分析純，成都科?。宦然?、氯化鎂、氯化鋅（分析純，國藥集團(tuán)）。

1.2 儀器

超濾杯（上海羽令，容積300ml，有效過濾面積30.2cm2，接氬氣鋼瓶）；手持式測(cè)油儀（Tech21A，美國Environment Lab）；界面參數(shù)一體測(cè)量儀（DSA30，德國Kruss）

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

1.3.1 超濾膜制備

將PES、PEO及無機(jī)鹽溶于DMF，配比如表1所示。在水浴中攪拌加熱至60℃，保持2h。將得到的鑄膜液涂于玻璃板上，用刮刀刮成400μm厚的膜，將其放入去離子水中凝固成型。繼續(xù)浸泡24h以除去其中殘留的有機(jī)溶劑。

表1 制膜材料配比

1.3.2 通量測(cè)試及抗污染性能評(píng)價(jià)

用分析天平稱量3.356g克拉瑪依原油，加入0.2g乳化劑OP-10、0.2g表面活性劑十二烷基苯磺酸，將其加入500ml去離子水。攪拌乳化15min（5000rpm）配置成濃度為6712mg/L的含油污水。

將超濾膜裝于超濾杯中，加入去離子水，通入氬氣加壓至0.15MPa，保持30min，然后將壓力降至0.1MPa，開始測(cè)量濾出水的體積。根據(jù)其體積和膜有效過濾面積計(jì)算通量。0.5h后，將去離子水換成含油污水，過濾1h，將膜取出，用超聲清洗（200W，以6min為間隔，從6min清洗至1h），考察不同清洗時(shí)間后純水通量的恢復(fù)率。測(cè)定濾液的含油量，計(jì)算對(duì)原油的截留率。

1.3.3 超濾膜分析與表征

將干燥后的超濾膜用于測(cè)試靜態(tài)水接觸角，用于表征其表面親水性。

2 結(jié)果與討論

2.1 通量測(cè)試

純水與含油污水的通量測(cè)試結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，在加入親水性材料如PEO和無機(jī)鹽后，膜的通量均大幅提高。其中添加LiCl的C3膜通量提升最為明顯，其通量達(dá)到145L/(m2h)，而空白膜C1的純水通量僅為64.5L/(m2h)。在通入污水后，各樣品的通量均有所下降，空白膜的通量在0.6h后降至21.9L/(m2h)，而C3的通量仍然最高，為122.1L/(m2h)，添加MgCl2和ZnCl2的C4和C5膜的通量分別為112.0L/(m2h)和82.0L/(m2h)，而添加PEO的C2膜通量為72.0L/(m2h)?？梢娝x取的三種無機(jī)鹽均能有效地提高超濾膜通量，其中LiCl的通量最高。

圖1 各樣品通量測(cè)試結(jié)果(a)純水；(b)含油污水

2.2 抗污染性能和截留率評(píng)價(jià)

各樣品的通量恢復(fù)率如圖2所示?？梢娍瞻啄ね炕謴?fù)率僅

為44.8%，加入PEO和無機(jī)鹽的超濾膜樣品通量恢復(fù)率均比空白膜有大幅提升。加入無機(jī)鹽后通量恢復(fù)率均大于90%，其中C4膜加入MgCl2后，通量恢復(fù)率達(dá)97.8%。各樣品表面的靜態(tài)接觸角如圖3所示，可見無機(jī)鹽的引入大大增強(qiáng)了膜表面的親水性，因此，結(jié)合2.1與本節(jié)的結(jié)果，我們認(rèn)為膜材料親水性的改進(jìn)，對(duì)于超濾膜的通量和抗污染性能均有顯著的提高作用。

圖2 不同清洗時(shí)間的水通量恢復(fù)率

圖3 樣品表面靜態(tài)水接觸角

各樣品濾液的含油量如表2所示?？梢娂尤霟o機(jī)鹽后膜對(duì)油的截留率均明顯提升，尤其是C3和C4膜，截留率接近或超過99%。

表2 濾液含油量

3 結(jié)語

綜上所述，無機(jī)鹽的加入對(duì)于改善聚醚砜超濾膜對(duì)含油污水的過濾性能具有良好的作用。綜合截留率、抗污染性能，氯化鎂的改性效果最佳。

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甘小皓，男，四川達(dá)州，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)槟し蛛x處理含油污水。