毛细力学在超亲水膜分离过程中的应用及力学模型 (1).pdfVIP

华 南 理 工 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) 第42卷 第 10期 JournalofSouthChinaUniversityofTechnology Vol|42 No．10 2014年 10月 (NaturalScienceEdition) October 2014 文章编号：1000—565X(2014)10，0082—08 毛细力学在超亲水膜分离过程中的应用及 力学模型术 袁腾 陈卓 刘文济 周显宏。 涂伟萍 王锋” (1．华南理T大学 化学与化工学院，广东 广州 510640；2．华南理工大学 轻工与食品学院，广东 广州 510640； 3．东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东 东莞 523808) 摘 要：目前基于特殊润湿性的油水分离膜方面的研究很少涉及到膜分离过程 中相关动 力学过程的考察以及量化计算．文中运用毛细力学的思想考察超亲水膜分离过程的相关 物理量，将基于特殊润湿性的膜材料的膜孔归类为毛细管孔道 ，在此基础上建立数学模 型，对超亲水膜分离油水混合物中的受力情况进行了详细分析；从表面张力的角度计算分 析了空气中超亲水超亲油膜在水下超疏油的原理；从毛细力学的角度对膜分离过程 中的 毛细流动速率、毛细管总渗透速率、膜通量以及临界穿透压力等进行了详细的计算，并通 过实验进行了检验 ；在此基础上初步从毛细力学角度探讨 了超亲水及水下超疏油分离膜 的分离机理 ． 关键词：毛细力学；超亲水膜；毛细流动；膜分离；力学模型；定量计算；分离机理 中图分类号：TB381；TQ208．8 doi：10．3969／j．issn．1000．565X．2014．10．014 含油污水是一类重要的污染源 ，广泛来源于石 超亲油膜和超亲水超疏油膜两种 ，当油水混合 油、化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械制造和食品 物接触疏水亲油膜时，油滴迅速在薄膜表面铺展并 加工等工业．2010年墨西哥湾漏油事故发生后，更 渗透，而 由于膜的超憎水性，水一直留在膜 的表面 是爆发了含油废水处理研究的热潮．根据分散相的 无法渗透下去，即所谓的Oil—Removing法．对于这种 尺寸，可将含油废水分为浮油 (粒径 100 m)、分 膜 ，油滴 以及其他杂质很容易大量不可逆地被吸附 散油 (粒径为 10—100 m)、乳化油 (粒径 10Ixm) 在膜表面上，膜污染严重，通量衰减快，清洗过程 中 和溶解油 (粒径为纳米级)4类．膜分离对于处理油 乳化油滴易在膜表面聚结铺展，造成膜长期重复使 水混合物具有巨大的潜力，传统膜按孔径主要分为 用性差 以及二次污染．有鉴于此 ，人们采用 了相反 反渗透膜、超滤膜、微滤膜等．含油污水中油的存在 的思路，制备出超亲水超疏油膜 ¨H，即所谓的 状态是选择膜 的首要依据 ：若 以浮油和分散油为 Water-Removing法，该膜具有空气中超双疏、水中超 主，则一般选用孑L径在 10～100 m的微孔膜 ；若是 亲水超疏油性质，当含油废水接触膜表面时，在水 乳化状态，则选用孑L径在 1m 以下的微孔膜；若是 的刺激下膜表面发生 自组装，由超疏水变为超亲 溶解油，则必须选用超滤膜或反渗透膜 ¨ ． 水，从而水可以仅在重力和毛细力作用下源源不断 基于特殊润湿性的油水分离薄膜分为超疏水 地往下渗透，而表面始终保持超疏油性，油一直留 收稿 日期 ：2014—05—08 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(509030