基于PP纤维亲水改性来优化含油循环水净化工艺的探索

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熔喷聚丙烯纤维材料以其吸油速度快、饱和吸油量大、可以再生处理等优点在油类污染的事故处理中被广泛使用。但是,熔喷聚丙烯纤维材料对纯油和水面浮油吸油倍率很高,而对存在于水中的分散油、乳化以及溶解油的吸附能力很差。这是由于它的表面亲水性太小,以至于在水中无法浸润,水中分散油、乳化以及溶解油难以传质到纤维表面,导致其有效利用率低所致。为此,本文以循环冷却水旁路除油系统所用的吸油纤维材料为研究对象,探讨提高聚丙烯纤维材料的利用率,以便增加它在水中的吸油倍率。本研究主要内容包括:  ⑴使用表面活性剂先用“浸渍法”再用“共混法”两种方法分别对聚丙烯纤维进行了表面改性,从吸附纯水、纯柴油、水面柴油、水中柴油四方面入手,考察了吸油材料对柴油的静态吸附性能;同时在小型规模循环冷却水模拟装置中,考察了吸油纤维材料的动态吸附性能。结果表明,浸渍法改性过的聚丙烯纤维虽然亲水性得到了提高,水接触角从105°降至26°,但吸油效果不理想;共混法改性的聚丙烯纤维虽然亲水性提高幅度不大,水接触角从105°降至86.5°,但静态吸附水中油的吸附性能从0.23g/g提高到0.30g/g,动态的饱和吸油量也从0.81g/g提高至1.26g/g。  ⑵通过悬浮聚合的方式接枝丙烯酸(AA)单体改性聚丙烯纤维表面的亲水性能。在研究了接枝产物的接枝率与熔体流动速率关系的基础上,确定了接枝率高且可纺的工艺条件,然后从静态吸附性能和动态吸附性能上考察改性后聚丙烯纤维材料的吸附能力。结果表明,接枝率为6.02%时产物的水接触角为77°,静态吸附水中油的能力从0.23g/g提高到0.32g/g,动态的饱和吸油量也从0.81g/g提高至1.94g/g。  ⑶通过改变熔喷纺丝机的工艺参数,调整聚丙烯纤维材料的厚度(传送带的速度)、纤维材料的直径和蓬松度(熔喷模头和传送带之间的距离)来提高纤维材料的表面积,继而提高其水中吸油性能。结果表明,在小型规模循环冷却水旁路除油系统中,其它条件相同,厚度分别为66.2g/m2、123.1 g/m2和153.4g/m2三种纤维材料都是15h达到处理要求,蓬松度更好的絮状材料处理时间从15h降至11h;在中型规模循环冷却水旁路除油系统中,其它条件相同,使用厚度为153.4g/m2的材料除油达标需要32h,使用厚度为123.1 g/m2的材料除油达标需要25h,而使用厚度为66.2g/m2的材料除油达标仅仅需要20个小时,改变填料形式为絮状处理达标同样为20h。  ⑷采用一种新的吸油材料再生方法----在线离心法。首先探讨了不同的离心转速对除油效果的影响,确定最佳的离心转速18r/s,并在小试和中试规模循环水系统上检验了此离心转速下再生的吸油材料吸油能力,最后通过改变不同的再生频率来测定净化的速率。结果表明,再生后的吸油材料动态吸附水中油的速率大致为新料的50%~60%,仍然保持较好的吸附能力;再生间隔△t=1.2n(h)的工艺条件为佳。
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