无机盐提高含油污水超滤处理效果的应用研究

甘小皓 刘恒毅

（西南石油大学化学化工学院 四川成都 610500）

无机盐提高含油污水超滤处理效果的应用研究

甘小皓 刘恒毅

（西南石油大学化学化工学院 四川成都 610500）

以聚醚砜为原料，采用相转移法制备平板式超滤膜，并采用氯化锂、氯化镁和氯化锌等无机盐对膜进行掺杂。将制备的膜材料用接触角测量仪进行表征，并评价膜材料对含油污水的过滤效果和抗污染性能。结果表明，加入无机盐后的膜材料亲水性显著提高，表面接触角从108.9°降至41°~52°。过滤性能评价结果表明，加入无机盐后纯水和含油污水通量均大幅上升，其中氯化锂对通量提升效果最明显。经超声清洗1h后通量恢复率均大于90%，加入氯化镁的通量恢复率达97.8%。综合考虑截留率与抗污染性能，氯化镁对聚醚砜膜具有最好的改性效果。

超滤；聚醚砜；无机盐；含油污水

伴随石油的开采，带来了大量的含油污水亟需处理。对于含油污水处理的常用手段是添加清水剂，达到油水分离的目的[1,2]。但清水剂的药剂费用高，而且适应性存在一定问题，当污水性质发生波动时，可能出现处理不达标的情况。因此研究其他的处理技术非常有必要。膜分离技术对于污水处理具有较好的应用前景[3,4]。但目前膜分离技术最大的问题在于，膜材料容易受油污染。因此如何提高膜材料抗污染性能，对于膜技术的广泛应用，具有重要意义。

对于膜材料的抗污染性能的研究主要集中在对膜材料进行改性，提高其亲水性，从而改善其抗污染性能。目前常用添加亲水性的无机盐[5]、纳米氧化物颗粒[6]或两亲性聚合物，如聚醚[7]。其中，添加无机盐是比较常见且有效的方法。常用的无机盐包括LiCl[8]、MgCl2[9]及ZnCl2[10,11]等。鉴于目前一部分研究是利用无机盐对聚合物分子进行截流，直接对比各种无机盐对含油污水过滤效果影响的研究较少，因此有必要对此问题进行研究。

本文采用传统的相转变法用于制备聚醚砜超滤膜。并用无机氯盐对超滤膜进行掺杂，用于改善其亲水性，从而提高抗污染性能。

1 实验部分

1.1 实验药品

聚醚砜（PES，6020P，BASF）；聚环氧乙烷（PEO）、乳化剂OP-10、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（成都科隆）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，分析纯，成都科隆）；氯化锂、氯化镁、氯化锌（分析纯，国药集团）。

1.2 仪器

超滤杯（上海羽令，容积300ml，有效过滤面积30.2cm2，接氩气钢瓶）；手持式测油仪（Tech21A，美国Environment Lab）；界面参数一体测量仪（DSA30，德国Kruss）

1.3 实验过程

1.3.1 超滤膜制备

将PES、PEO及无机盐溶于DMF，配比如表1所示。在水浴中搅拌加热至60℃，保持2h。将得到的铸膜液涂于玻璃板上，用刮刀刮成400μm厚的膜，将其放入去离子水中凝固成型。继续浸泡24h以除去其中残留的有机溶剂。

表1 制膜材料配比

1.3.2 通量测试及抗污染性能评价

用分析天平称量3.356g克拉玛依原油，加入0.2g乳化剂OP-10、0.2g表面活性剂十二烷基苯磺酸，将其加入500ml去离子水。搅拌乳化15min（5000rpm）配置成浓度为6712mg/L的含油污水。

将超滤膜装于超滤杯中，加入去离子水，通入氩气加压至0.15MPa，保持30min，然后将压力降至0.1MPa，开始测量滤出水的体积。根据其体积和膜有效过滤面积计算通量。0.5h后，将去离子水换成含油污水，过滤1h，将膜取出，用超声清洗（200W，以6min为间隔，从6min清洗至1h），考察不同清洗时间后纯水通量的恢复率。测定滤液的含油量，计算对原油的截留率。

1.3.3 超滤膜分析与表征

将干燥后的超滤膜用于测试静态水接触角，用于表征其表面亲水性。

2 结果与讨论

2.1 通量测试

纯水与含油污水的通量测试结果如图1所示。结果表明，在加入亲水性材料如PEO和无机盐后，膜的通量均大幅提高。其中添加LiCl的C3膜通量提升最为明显，其通量达到145L/(m2h)，而空白膜C1的纯水通量仅为64.5L/(m2h)。在通入污水后，各样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，为122.1L/(m2h)，添加MgCl2和ZnCl2的C4和C5膜的通量分别为112.0L/(m2h)和82.0L/(m2h)，而添加PEO的C2膜通量为72.0L/(m2h)。可见所选取的三种无机盐均能有效地提高超滤膜通量，其中LiCl的通量最高。

图1 各样品通量测试结果(a)纯水；(b)含油污水

2.2 抗污染性能和截留率评价

各样品的通量恢复率如图2所示。可见空白膜通量恢复率仅

为44.8%，加入PEO和无机盐的超滤膜样品通量恢复率均比空白膜有大幅提升。加入无机盐后通量恢复率均大于90%，其中C4膜加入MgCl2后，通量恢复率达97.8%。各样品表面的静态接触角如图3所示，可见无机盐的引入大大增强了膜表面的亲水性，因此，结合2.1与本节的结果，我们认为膜材料亲水性的改进，对于超滤膜的通量和抗污染性能均有显著的提高作用。

图2 不同清洗时间的水通量恢复率

图3 样品表面静态水接触角

各样品滤液的含油量如表2所示。可见加入无机盐后膜对油的截留率均明显提升，尤其是C3和C4膜，截留率接近或超过99%。

表2 滤液含油量

3 结语

综上所述，无机盐的加入对于改善聚醚砜超滤膜对含油污水的过滤性能具有良好的作用。综合截留率、抗污染性能，氯化镁的改性效果最佳。

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甘小皓，男，四川达州，硕士研究生在读，研究方向为膜分离处理含油污水。