一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法技術

本發明專利技術涉及一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，具體步驟為：(1)制備功能化磁性Fe

【技術實現步驟摘要】
一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法
本專利技術屬于危險廢棄物及廢水廢液處理
，具體涉及一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法。
技術介紹
冶金、焦化及各種機械加工工廠在車、磨、削、軋等加工過程中，普遍使用乳化液來冷卻、潤滑、清洗、防銹，以提高產品的質量，并延長機床的使用壽命。由于乳化液中表面活性劑及多種助劑的作用，油滴被分散成穩定均勻細小的油珠，形成的廢棄乳化液極難處理，屬于危險廢棄物，其處理是當前面臨的一個不可避免的挑戰。目前，廢棄乳化液主要采用重力分離、絮凝、氣浮、高級氧化、電解等方法或者多種方法組合，形成多級處理工藝進行處理。其中，破乳即實現油水分離是處理廢棄乳化液的關鍵。近年來，由于膜法破乳實現油水分離因操作簡單、流程短、分離徹底、效果穩定、無需化學添加劑、占地小、能耗低等優點，處理廢棄乳化液優勢明顯。但是，嚴重的膜污染不僅降低膜處理乳化液廢水的效率，而且會減少膜的壽命，進而約束了膜技術在廢棄乳化液處理領域的廣泛應用。膜污染多來自于油相形成的膜孔堵塞、溶質吸附、濃差極化形成的凝膠層等。一些研究者致力于通過膜的改性解決這一問題，利用膜潤濕性、帶電性等表面性質的改變實現廢棄乳化液處理；還有一些研究者通過膜技術與其他方法/工藝形成組合法實現對廢棄乳化液的處理，例如膜技術與電場、光催化體系、臭氧處理等技術相結合。其中，有關納米粒子與膜組合的工藝研究呈發展趨勢?，F有的研究較多的集中在膜制備過程中將納米粒子混合或者將納米粒子沉積在膜表面以處理廢棄乳化液，這種方法是通過納米粒子的混合或沉積改變原有膜的性質，使得納米粒子形成的膜層可起保護和過濾的作用，從而實現廢棄乳化液的處理。而有研究指出將納米粒子與廢棄乳化液先混合再過膜的方法會使膜通量降低，加重膜污染，還有研究通過將膜改性與過膜前預先混合的方法相結合才能實現廢棄乳化液的較好處理，效果都不盡如人意。中國專利CN104261617A公開了一種廢乳化液的處理方法，其工藝步驟為：步驟一，破乳沉淀；步驟二，MBR膜生物反應；步驟三，活性炭吸附和UV消毒。該專利技術采用高效破乳劑和絮凝劑，有效去除廢乳化液中的油，沉淀使油水分離后，通過MBR膜生物處理系統的缺氧池和好氧區進行生物處理，有效去除廢乳化液中的氮和溶解性有機物，再經MBR膜組件進行固液分離后，UV紫外消毒，出水即可直接排放，但該專利技術仍然存在膜污染問題。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了解決上述問題而提供一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，實現膜通量提高及過濾時間縮短，切實解決膜污染問題，并實現磁性納米粒子循環再利用，為研究磁性納米粒子與超濾膜組合的破乳機理提供途徑。本專利技術的目的通過以下技術方案實現：一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，具體包括以下步驟：(1)制備功能化磁性Fe3O4納米粒子；(2)將功能化磁性Fe3O4納米粒子制成懸液，與廢棄乳化液混合、攪拌，得到粒子-乳化液混合物；(3)將粒子-乳化液混合物通過超濾膜進行超濾破乳；(4)破乳實現油水分離后，對分離后的水及功能化磁性Fe3O4納米粒子進行回收。步驟(1)所述的功能化磁性Fe3O4納米粒子采用化學共沉淀法制得，粒子表面修飾SiO2和NH2基官能團，粒子的Zeta電位值為22-30mv。所述的功能化磁性Fe3O4納米粒子由以下步驟制備：(a)在N2氛圍下，將FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O溶于水，加熱并攪拌，溫度為75-85℃時，加入氨水并攪拌，將沉淀磁場分離、水洗，得到Fe3O4；(b)將Fe3O4分散在乙醇、水和氨水的混合液中，加入正硅酸四乙酯，超聲分散、攪拌，將沉淀經磁場分離、乙醇洗滌、烘干，得到Fe3O4@SiO2；(c)將Fe3O4@SiO2分散在含有KH-560的甲苯溶液中，超聲分散，在85-95℃條件下反應5-7h，冷卻至室溫，將沉淀經磁場分離、甲苯洗滌，再分散在含有過量三乙烯四胺的甲苯溶液中攪拌，45-55℃下反應5-7h，經乙醇洗滌、水洗、冷干后，得到Fe3O4@SiO2@NH2，即功能化磁性Fe3O4納米粒子，記為MNP。步驟(a)所述的FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、水以及氨水的質量比為1：1-3：60-65：3-4。步驟(b)所述的Fe3O4、混合液、正硅酸四乙酯的比例為1g：30-32ml：0.5-1.0mL，混合液中乙醇、水及氨水的體積比為60：15：1。步驟(c)所述的Fe3O4@SiO2、含KH-560的甲苯溶液、含三乙烯四胺的甲苯溶液的比例為1g：50-55ml：50-55ml，其中，KH-560與甲苯溶液的體積比為1：50，三乙烯四胺與甲苯溶液的體積比為1：25。步驟(2)所述的功能化磁性Fe3O4納米粒子制成懸液的濃度為5-20g/L，功能化磁性Fe3O4納米粒子懸液與廢棄乳化液的體積比為1：1，使磁性納米粒子對廢棄乳化液油滴的濃度范圍在1-4g/mL。步驟(2)所述的廢棄乳化液的乳化液油的體積百分比在0.5-5％，粒徑范圍在400-5700nm，Zeta電位值在-20～-55mv。步驟(3)所述的超濾膜的孔徑在100-300kDa，選自無機陶瓷膜(CM)或有機聚醚砜膜(PES)，粒子-乳化液混合物的壓濾過膜在1bar的N2壓濾條件下進行，利用電子天平和計算機實時監測濾出液的通量。步驟(4)油水分離后的水回流用于稀釋廢棄乳化液，功能化磁性Fe3O4納米粒子通過正己烷和乙醇洗滌，并在外磁場的作用下進行回收，可循環使用。本專利技術先將磁性納米粒子與廢棄乳化液混合，氨基修飾的帶正電的納米粒子與帶負電的廢棄乳化液產生靜電作用，納米粒子到達油水界面。磁性納米粒子對廢棄乳化液油滴的濃度范圍在1-4g/mL時，納米粒子可以有效包裹油滴，再通過有機/無機膜，可以減少油相與膜之間的直接接觸，從而減緩油對膜的污染。本專利技術所使用的方法可以實現膜通量的提高，以及過濾時間的縮短，未對所使用的有機/無機膜進行改性，節省成本。預先混合的磁性納米粒子與廢棄乳化液過膜破乳，實現油水分離后，在外加磁場作用下可以將油和磁性納米粒子分開，回收磁性納米粒子，循環使用，降低成本。本專利技術優點具體為：1、與廢棄乳化液直接超濾過膜相比，帶相反電荷的磁性納米粒子與廢棄乳化液在靜電力的作用下，納米粒子可以到達油水界面，在納米粒子對廢棄乳化液油滴的濃度范圍在1-4g/mL時，納米粒子可以有效包裹油滴，減少油滴與膜之間的接觸，減緩膜污染，磁性納米粒子與廢棄乳化液混合后超濾過膜的通量可以提高5-22.5倍；等體積磁性納米粒子與廢棄乳化液的混合液超濾過膜的時間縮短至6.7-23％；2、磁性納米粒子與廢棄乳化液混合后超濾過膜，油水分離后的水可回流至前端稀釋廢棄乳化液，提高膜過濾處理效果，使磁性納米粒子對廢棄乳化液油滴的濃度范圍控制在1-4g/mL實現廢水利用；磁性納米粒子在外磁場作用下與油分離后循環利用，降低成本；3、將磁性納米粒子與膜結合處理廢棄乳化液的方法適用于不同種類(有機/無機)、不同孔徑范圍(100-300kDa)的膜，使用面廣，這些膜可以有效截留分散相平均粒徑在400nm以上的廢棄乳化液；同時，磁性納米粒子不通過膜，不會對出水的COD產生影響。附圖說明圖1為實施例廢棄乳化液處理的流程本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)制備功能化磁性Fe

【技術特征摘要】
1.一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)制備功能化磁性Fe3O4納米粒子；(2)將功能化磁性Fe3O4納米粒子制成懸液，與廢棄乳化液混合、攪拌，得到粒子-乳化液混合物；(3)將粒子-乳化液混合物通過超濾膜進行超濾破乳；(4)破乳實現油水分離后，對分離后的水及功能化磁性Fe3O4納米粒子進行回收。2.根據權利要求1所述的一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，其特征在于，步驟(1)所述的功能化磁性Fe3O4納米粒子采用化學共沉淀法制得，粒子表面修飾SiO2和NH2基官能團，粒子的Zeta電位值為22-30mv。3.根據權利要求2所述的一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，其特征在于，所述的功能化磁性Fe3O4納米粒子由以下步驟制備：(a)在N2氛圍下，將FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O溶于水，加熱并攪拌，溫度為75-85℃時，加入氨水并攪拌，將沉淀磁場分離、水洗，得到Fe3O4；(b)將Fe3O4分散在乙醇、水和氨水的混合液中，加入正硅酸四乙酯，超聲分散、攪拌，將沉淀經磁場分離、乙醇洗滌、烘干，得到Fe3O4@SiO2；(c)將Fe3O4@SiO2分散在含有KH-560的甲苯溶液中，超聲分散，在85-95℃條件下反應5-7h，冷卻至室溫，將沉淀經磁場分離、甲苯洗滌，再分散在含有過量三乙烯四胺的甲苯溶液中攪拌，45-55℃下反應5-7h，經乙醇洗滌、水洗、冷干后，得到Fe3O4@SiO2@NH2，即功能化磁性Fe3O4納米粒子。4.根據權利要求3所述的一種磁性納米粒子與超濾膜結合處理廢棄乳化液的方法，其特征在于，步驟(a)所述的FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭開銘，娜雅，黃翔峰，熊永嬌，陸麗君，劉佳，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海,31