一种亲水疏油油水过滤材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及过滤材料制备领域，具体涉及一种亲水疏油油水过滤材料及其制备方法。


背景技术：

2.在石油开采的过程中，常常会产生大量的油田污水。油田污水是指在采用注水开采的油田，从注水井注入油层的水，其中大部分通过采油井随原油一起回到地面，这部分水在原油外运和外输前必须加以脱除，脱出的污水中含有原油，随着油田开采年代的增长，采水液的含水量也不断上升，有的区块已达到90％以上，这些含油污水已成为油田的主要注水水源。随着油田外围低渗透油田和表外储存的连续开发，对油田注水水质的要求更加严格，因此需要对油田污水进行处理。同时，油田开发过程中还会产生油污泥堆放场所的渗滤水、洗涤设备的污水、油田地表径流雨水、生活污水以及事故性泄露和排放引起的污染水体，这些污水中常常也含有大量的油污，不能直接排放或使用，需要进行处理。
3.现有技术中，油田污水的处理方法主要包括物理法、化学法、物理化学法和生物法。其中，物理法通常是采用分离过滤的方法去除废水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油类等，为油田污水的后续深度处理打下良好的基础。但由于污水中油污含量大，在使用过程中常常易发生堵塞、板结，导致滤床或滤管使用不到一段时间其过滤效果就大幅下降，需要反复冲洗。
4.专利cn206229004u报道了一种油田区生活污水处理用复合填料，属于过滤器领域，包括上滤板、下滤板、布水筛板和由上滤板、下滤板、布水筛板包围的填料层，所述下滤板上设有若干个单向进水孔，单向进水孔的上部设有密封套，所述密封套内设有瓣膜，密封套置于所述单向进水孔内，所述填料层由上至下包括石英砂层、核桃壳滤料层、纤维球层、纤维丝束层，所述石英砂层、核桃壳滤料层、纤维球层、纤维丝束层的厚度比为2:2:1:1，所述布水筛板的内侧设有若干孔，布水筛板内部为空腔，布水筛板内部排布有水管，水管上设有若干可以侧掀的活动孔，本实用新型的下滤板上若干个单向进水口，使得在加料和过滤过程中，能避免一部分未过滤或者未完全过滤干净的污水直接通过滤板直接流出器外的问题。
5.专利cn202700166u报道了一种含聚污水分层过滤器，其中公开了用于过滤器的滤芯包括上至下设置的三层滤料层，分别为核桃壳滤料层、石英砂滤料层、磁铁矿滤料层。
6.论文(刘建林，特殊润湿性石英砂滤料的制备及其过滤除油性能研究[d]兰州交通大学，2019)针对现有的含油废水滤料鲜有研究特殊润湿性硬质颗粒滤料的情况，提出了超疏水超亲油滤料和超亲水超疏油石英砂滤料的制备和除油性能，并研究两种不同润湿性滤料混合的过滤性能。
[0007]
文献(马荣，含聚污水石英砂滤料板结机理和措施研究[j]实验研究，2018，37(9)：10-13)公开了石英砂滤料是油田污水处理中使用最广泛的滤料之一，可去除含油污水中的污油和悬浮物质；并公开了该石英砂滤料在使用6个月后就出现了滤料全部板结成块，垫层
整体硬度较大，造成污水中的污油和悬浮物去除率大幅降低。
[0008]
综上可知，在油田污水处理过程中，常用的滤料为石英砂、核桃壳、无烟煤及其组合而成的滤料，但由于油田污水中含有微小的固体颗粒，同时又含有污油微粒，在其过滤过程中由于固体颗粒粘附了污油，在过滤过程容易堵塞滤料，造成滤料板结失效。因此亟需找寻一种具有亲水疏油作用的滤料，进而可有效地解决滤料堵塞、板结的问题，提高滤料使用寿命。


技术实现要素：

[0009]
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种亲水疏油油水过滤材料及其制备方法，该油水过滤材料亲水性能、疏油性能良好，能够解决因大量粘附含油的固体颗粒而造成的堵塞问题。
[0010]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0011]
本发明提供了一种油水过滤材料，包括以下原料：滤料、聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液。
[0012]
进一步地，所述聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为3.5-6:0.5:3.5-4.5。
[0013]
优选地，所述聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为4:0.5:4。
[0014]
进一步地，所述滤料包括石英砂和无烟煤。优选地，所述石英砂和无烟煤的质量比为2:1-1.5；进一步优选为2:1.2。
[0015]
进一步地，所述油水过滤材料的原料还包括大孔二氧化硅颗粒，所述大孔二氧化硅颗粒的孔径为200-1000nm。
[0016]
进一步地，所述大孔二氧化硅颗粒与石英砂的质量比为0.03-0.1:1。优选为0.04:1。
[0017]
本发明还提供了一种油水过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]
(1)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热后混合均匀，加入滤料，搅拌混合均匀，保温，过滤得到粗滤料；
[0019]
(2)将粗滤料干燥后加热固化，得到油水过滤材料。
[0020]
本发明还提供了另一种油水过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]
s1：将大孔二氧化硅颗粒加入至聚乙烯醇溶液中，搅拌混合均匀后加热，过滤干燥，得到预处理大孔二氧化硅颗粒；
[0022]
s2：将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热后混合均匀，加入滤料，搅拌混合均匀，保温，过滤得到粗滤料；
[0023]
s3：将粗滤料干燥，加入步骤s1得到的预处理大孔二氧化硅颗粒，加热固化得到油水过滤材料。
[0024]
进一步地，步骤s1中所述加热的温度为70-90℃，步骤s2中所述加热的温度为50-60℃，步骤s3中所述干燥的温度为30-35℃，步骤s3中所述加热的温度为55-60℃。
[0025]
进一步地，步骤(1)中所述加热的温度为50-60℃，步骤(2)中所述干燥的温度为30-35℃，步骤(2)中所述加热的温度为55-60℃。
[0026]
进一步地，步骤(1)和步骤s2中所述保温的时间均为4-6h，步骤(2)和步骤s3中所
述干燥均采用鼓风干燥，步骤(2)和步骤s3中所述加热固化的时间均为0.5-2h。
[0027]
进一步地，所述石英砂的粒径为0.01-0.5mm；所述无烟煤的粒径为0.05-0.3mm。
[0028]
进一步地，所述聚乙烯醇溶液的质量分数为5-8％；所述聚乙二醇溶液的质量分数为4-7％。
[0029]
进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为110000-150000；所述聚乙二醇的分子量为500-650。
[0030]
进一步地，所述大孔二氧化硅颗粒的粒径不超过0.1mm。
[0031]
本发明所取得的技术效果是：
[0032]
本发明针对现有的常用滤料为石英砂、核桃壳、无烟煤及其组合而成的滤料，由于油田污水中含有微小的固体颗粒，同时又含有污油微粒，在其过滤过程中由于固体颗粒粘附了污油，在过滤过程容易堵塞滤料，造成滤料板结失效的问题提供了一种本发明亲水疏油油水过滤材料及其制备方法，采用聚乙烯醇作为亲水疏油材料，并结合具备较好粘结性能的聚乙二醇作为强化聚乙烯醇与滤料结合的粘合剂，制备得到亲水性能、疏油性能良好的过滤材料，解决滤料因大量粘附含油的固体颗粒而造成的堵塞问题。本发明中的滤料成分与聚乙烯醇和聚乙二醇之间均有着不可替代性，一旦滤料成分进行替换或者不进行部分成分的加入时，过滤材料亲水疏油性能将大打折扣，最终对于含油污水的去除能够也将明显弱化。
具体实施方式
[0033]
值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。
[0034]
实施例1
[0035]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0036]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液和质量分数为7％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为3.5:0.5:3.5；按照质量比为2:1的比例称取粒径为0.02mm的石英砂和粒径为0.3mm的无烟煤颗粒备用；
[0037]
(2)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到50℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在50℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，保温6h，过滤得到粗滤料；
[0038]
(3)将粗滤料在35℃条件下鼓风干燥，再在60℃条件下加热固化0.5h，得到产物a。
[0039]
实施例2
[0040]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0041]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液和质量分数为4％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为6:0.5:4.5；按照质量比为2:1.5的比例称取粒径为0.45mm的石英砂和粒径为0.08mm的无烟煤颗粒备用；
[0042]
(2)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到60℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在60℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，
保温4h，过滤得到粗滤料；
[0043]
(3)将粗滤料在35℃条件下鼓风干燥，再在55℃条件下加热固化2h，得到产物b。
[0044]
实施例3
[0045]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0046]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为7％的聚乙烯醇溶液和质量分数为5％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为4:0.5:4；；按照质量比为2:1.2的比例称取粒径为0.3mm的石英砂和粒径为0.05mm的无烟煤颗粒备用；
[0047]
(2)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到52℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在52℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，保温5h，过滤得到粗滤料；
[0048]
(3)将粗滤料在35℃条件下鼓风干燥，再在55℃条件下加热固化1h，得到产物c。
[0049]
实施例4
[0050]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0051]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液和质量分数为7％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为3.5:0.5:3.5；按照质量比为2:1.2:0.06的比例称取粒径为0.02mm的石英砂、粒径为0.3mm的无烟煤颗粒备用和粒径0.02mm的大孔二氧化硅颗粒；
[0052]
(2)将大孔二氧化硅颗粒加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌混合均匀后加热至70℃，处理60min，然后过滤干燥，得到预处理大孔二氧化硅颗粒；
[0053]
(3)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到50℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在50℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，保温6h，过滤得到粗滤料；
[0054]
(4)将粗滤料在30℃条件下鼓风干燥，再将步骤(2)制备的大孔二氧化硅颗粒加入干燥后的粗滤料中，并在60℃条件下加热固化0.5h，得到产物d。
[0055]
实施例5
[0056]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0057]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为8％的聚乙烯醇溶液和质量分数为4％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为6:0.5:4.5；按照质量比为2:1.5:0.2的比例称取粒径为0.45mm的石英砂、粒径为0.08mm的无烟煤颗粒备用和粒径0.08mm的大孔二氧化硅颗粒；
[0058]
(2)将大孔二氧化硅颗粒加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌混合均匀后加热至90℃，处理30min，然后过滤干燥，得到预处理大孔二氧化硅颗粒；
[0059]
(3)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到60℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在60℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，保温4h，过滤得到粗滤料；
[0060]
(4)将粗滤料在35℃条件下鼓风干燥，再将步骤(2)制备的大孔二氧化硅颗粒加入干燥后的粗滤料中，并在55℃条件下加热固化2h，得到产物e。
[0061]
实施例6
[0062]
一种亲水疏油油水过滤材料，采用以下方法制备：
[0063]
(1)取聚乙烯醇和聚乙二醇，并用去离子水将其分别配制成质量浓度为7％的聚乙烯醇溶液和质量分数为5％的聚乙二醇溶液；制备的聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为4:0.5:4；；按照质量比为2:1.2:0.08的比例称取粒径为0.3mm的石英砂、粒径为0.05mm的无烟煤颗粒和粒径0.05mm的大孔二氧化硅颗粒备用；
[0064]
(2)将大孔二氧化硅颗粒加入所述聚乙烯醇溶液中，搅拌混合均匀后加热至80℃，处理40min，然后过滤干燥，得到预处理大孔二氧化硅颗粒；
[0065]
(3)将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液分别加热到52℃，然后将聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液混合均匀，并保持在52℃的温度下，加入石英砂和无烟煤颗粒，搅拌混合均匀，保温5h，过滤得到粗滤料；
[0066]
(4)将粗滤料在35℃条件下鼓风干燥，再将步骤s2)制备的大孔二氧化硅颗粒加入干燥后的粗滤料中，再在55℃条件下加热固化1h，得到产物f。
[0067]
实施例7
[0068]
与实施例6区别仅在于，聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液与滤料的体积比为4:0.5:5(三者的总体积与实施例6一致)。
[0069]
实施例8
[0070]
与实施例6区别仅在于，石英砂和无烟煤的质量比为2:3(二者的总质量与实施例6一致)。
[0071]
实施例9
[0072]
与实施例6区别仅在于，大孔二氧化硅颗粒与石英砂的质量比为0.15:1(二者的总质量与实施例6一致)。
[0073]
对比例1
[0074]
与实施例3区别仅在于，仅包括石英砂和无烟煤。
[0075]
对比例2
[0076]
与实施例3区别仅在于，仅包括聚乙二醇溶液。
[0077]
对比例3
[0078]
与实施例3区别仅在于，只包括聚乙烯醇溶液。
[0079]
对比例4
[0080]
与实施例3区别仅在于，不包括聚乙烯醇溶液和聚乙二醇溶液。
[0081]
对比例5
[0082]
与实施例3区别仅在于，将石英砂替换为麦饭石。
[0083]
将上述各实例的产物分别制备成厚度5mm的滤层，并分别测定水接触角和水下油接触角，并采用含油量为2387mg/l的含油污水，在常温常压下使含有污水通过滤层，进行去除率实验，将试验结果统计至表1：
[0084]
表1
[0085]
实例水接触角油接触角去除率(％)实施例11.7
°
157.2
°
99.1实施例23.0
°
156.7
°
99.0实施例30.9
°
159.2
°
99.3
实施例41.5
°
158.9
°
99.3实施例51.4
°
159.5
°
99.0实施例60.5
°
159.9
°
99.4实施例72.9
°
155.7
°
98.3实施例81.7
°
156.1
°
99.0实施例91.2
°
156.5
°
98.7对比例134.7
°
79.2
°
79.2对比例214.7
°
115.3
°
89.1对比例35.3
°
132.1
°
90.2对比例431.7
°
75.4
°
83.5对比例54.0
°
142.3
°
92.1
[0086]
由表1中的试验结果可知，各实施例中产品的水接触角均较小，在0.5-3.0
°
范围内，油接触角均较大，在155.7
°-
159.9
°
范围内，含有污水中油的去除率达98.3-99.4％。即表明本发明中的油水过滤材料亲水性能、疏油性能良好，进而能够解决滤料因大量粘附含油的固体颗粒而造成的堵塞问题。实施例7-9产品的去除率相比较而言小于实施例6，可见各原料之间比例关系的重要性。相比于各实施例，对比例中产品的水接触角较大，油接触角较小，同时去除率也相应较小。可见过滤材料的原料组成情况将会对产品的亲水疏油性能造成极其显著的影响。
[0087]
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。