商标分类 
商标转让 
您当前的位置： 用于回收水上浮油的设备和方法与流程
2021-01-17 15:01:28|
255|
起点商标网
本发明涉及工业设计及制造领域，具体涉及关于回收水上浮油的设备和方法。
背景技术：
据统计，每年全球海上漏油事件高达350多起，对经济和环境都造成了巨大的损失。例如，2010在美国海域发生的bp漏油事件，相当于49万桶原油泄漏，对当地海洋生物和海岸的环境造成了难以逆转的破坏，也造成了610亿美元以上的经济损失。令人遗憾的是，市场上缺乏一种可以有效分离浮油的设备和方法。
本发明介绍了一种可以有效回收水上浮油的设备和方法，可以用于回收各种有机溶液，并且有很高的通油速度和回收的效率。
技术实现要素：
本发明的一个方面，提供了一种回收水上浮油的设备，其特征在于，包括至少一个亲油并疏水的油水分离膜和至少一个可以漂浮在水面上的密闭箱体，当所述的密闭箱体浮在水面上时，水面上的浮油穿过所述的油水分离膜流入密闭箱体。
在另一优选例中，所述的油水分离膜允许任何不溶于水的有机溶液透过，而水或水溶液无法透过。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，聚合物网膜，或者有机或无机杂化的复合材料网膜。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，所述的金属网膜的表面被涂覆碳材料或者被氧化处理。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，所述的金属网膜的表面被涂覆氧化金属材料。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括聚合物网膜，所述的聚合物网膜的表面被涂覆碳材料。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括聚合物网膜，所述的聚合物网膜的表面被涂覆氧化金属材料。
在另一优选例中，所述的油水分离膜的耐水压高度在1-100厘米。在另一优选例中，所述的油水分离膜的耐水压强在0.1kpa-10kpa。在另一优选例中，所述的油水分离膜的通油量在100-20000lmh(升每平方米每小时)。在另一优选例中，所述设备还包括至少一个保护网，所述的保护网是由不锈钢或涂覆有防腐层的金属构成。
在另一优选例中，所述设备还包括至少一个抽油管，所述的抽油管一端连向所述的密闭箱体底部，所述的抽油管另一端连向抽油泵。在另一优选例中，所述设备还包括至少一个油位传感器。在另一优选例中，所述的油位传感器感知进油后发送信号启动所述的抽油泵，将密闭箱体回收的浮油送出密闭箱体。在另一优选例中，所述的油位传感器感知密闭箱体内没有油时，发送信号关闭所述的抽油泵。
本发明的另一个方面，提供了一种设备包括以上所述的回收水上浮油的设备和至少一个亲水并疏油的油水分离膜。在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜分隔开所述设备的输油区域和储水仓。在另一优选例中，所述设备包括至少两个亲油并疏水的油水分离膜。在另一优选例中，所述的至少两个亲油并疏水的油水分离膜和亲水并疏油的油水分离膜包围了输油区域。
在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜的表面孔径在1-100微米。在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜的耐油压高度在1-100厘米。在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜的耐油压力0.1kpa-10kpa。在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜的通水量100-10000lmh(升每平方米每小时)。
在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜包括金属网膜。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面被氧化处理。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面被金属化合处理。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面被涂覆碳材料。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面掺杂无机纳米颗粒。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面被涂覆氧化金属材料。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面被涂覆金属化合物材料。
在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜包括聚合物网膜。在另一优选例中，所述的聚合物网膜包括含氟聚合物网膜。在另一优选例中，所述的聚合物网膜的表面被涂覆碳材料。在另一优选例中，所述的聚合物网膜的表面掺杂无机纳米颗粒。在另一优选例中，所述的聚合物网膜的表面被涂覆氧化金属材料。在另一优选例中，所述的聚合物网膜的表面被涂覆金属化合物材料。在另一优选例中，所述的亲水并疏油的油水分离膜包括有机或无机杂化的复合材料网膜。
在另一优选例中，所述的密闭箱体包括储油仓和所述的储水仓。在另一优选例中，所述的储油仓和所述的储水仓分别在所述的密闭箱体内层和外层。在另一优选例中，所述设备包括至少一个抽油管和至少一个抽水管。在另一优选例中，所述的抽油管连接储油仓底部和一个抽油泵。在另一优选例中，所述的抽水管连接储水仓底部和一个抽水泵。在另一优选例中，进入输油区域的水穿过所述的亲水并疏油的油水分离膜进入所述的储水仓。在另一优选例中，所述设备包括至少一个水位传感器。在另一优选例中，所述的水位传感器感知进水后发送信号启动所述的抽水泵，将储水仓内回收的水送出储水仓。在另一优选例中，所述的油位传感器感知储水仓内没有水时，发送信号关闭所述的抽水泵。
在另一优选例中，所述设备包括至少两个所述的亲水并疏油的油水分离膜和至少三个所述的亲油并疏水的油水分离膜。在另一优选例中，所述的至少两个所述的亲水并疏油的油水分离膜和至少三个所述的亲油并疏水的油水分离膜包围了至少两个所述的输油区域。
本发明的另一个方面，提供了一种制作油水分离膜的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(a)将金属网膜插入反应槽中，所述的反应槽中包括一种碳材料母液，所述的碳材料母液包括一种平均颗粒大小在10纳米-100微米之间的碳材料，所述的反应槽包括一个金属板电极；
(b)在所述的金属网膜和金属板电极上施加电压，以在所述的金属网膜的表面形成一个碳材料的电镀涂层；
(c)将所述的金属网膜进行还原处理，并得到所述的油水分离膜。
在另一优选例中，所述的金属网膜包括镁(mg)、铝(al)、钛(ti)、锰(mn)、锌(zn)、铬(cr)、铁(fe)、镍(ni)、锡(sn)、铅(pb)、铜(cu)金属，或其中任意金属组合的合金。在另一优选例中，所述的金属网膜是70目-6000目的金属网膜。在另一优选例中，所述的金属网膜的表面孔径在10微米-200微米之间。在另一优选例中，所述的金属板电极包括镁(mg)、铝(al)、钛(ti)、锰(mn)、锌(zn)、铬(cr)、铁(fe)、镍(ni)、锡(sn)、铅(pb)、铜(cu)金属，或其中任意金属组合的合金。在另一优选例中，所述的金属网膜和所述的金属板电极包括同一种金属或者金属组合的合金。在另一优选例中，所述的金属网膜和所述的金属板电极包括不同的金属或者金属组合的合金。
在另一优选例中，所述的电压是直流电压。在另一优选例中，所述的金属网膜和金属板电极上施加电压包括将所述的金属网膜连接正电极，和将所述的金属板电极连接负电极。在另一优选例中，所述的直流电压在3v-36v之间。在另一优选例中，所述的施加电压的时间在1分钟-30分钟之间。在另一优选例中，所述的金属网膜和金属板电极之间的距离在5mm-500mm之间。在另一优选例中，所述的碳材料母液包括表面带有官能团的碳材料粉末的分散溶液。在另一优选例中，所述的碳材料母液包括表面带有电荷的碳材料粉末的分散溶液。在另一优选例中，所述的碳材料母液包括氧化石墨烯水溶液。在另一优选例中，所述的碳材料母液的浓度在0.1g/l-100g/l之间。
在另一优选例中，所述的还原处理去除了金属网膜表面上的碳材料表面官能团或电荷。在另一优选例中，所述的还原处理包括将所述的金属网膜放在真空或惰性气体环境下使用100-500摄氏度高温进行还原处理。在另一优选例中，所述的还原处理包括使用紫外线照射金属网膜进行还原处理。在另一优选例中，所述的还原处理包括将金属网膜浸泡还原剂溶液中进行还原处理。在另一优选例中，所述的还原剂溶液包括碘化氢、肼、维生素c、或者其中任一组合。在另一优选例中，所述的还原剂溶液温度在0-90摄氏度之间。在另一优选例中，所述的还原处理的持续时间在3分钟-3小时之间。
本发明的另一个方面，提供了一种油水分离膜，所述油水分离膜可以根据以上所述的方法制作。本发明的另一个方面，提供了一种油水分离膜，所述油水分离膜包括一种金属网膜，所述的金属网膜的表面孔径在10微米-200微米之间，所述的油水分离膜表面有石墨烯的电镀涂层。在另一优选例中，所述的金属网膜是目数70目-6000目的金属网膜。在另一优选例中，所述油水分离膜对于低粘度的有机溶液的平均油回收速度至少在20000升每平方米每小时。在另一优选例中，所述的低粘度的有机溶液是粘度低于1000mpa·s的有机溶液。在另一优选例中，所述的低粘度的有机溶液包括汽油、柴油、煤油、烷类、苯类、或其中任意组合的有机溶液。在另一优选例中，所述油水分离膜对于高粘度的有机溶液的平均油回收速度与所述油水分离膜的表面孔径成正比。在另一优选例中，所述油水分离膜对于汽油、柴油、正己烷、甲苯、或1，2-二氯苯回收的分离纯度达到至少99％。在另一优选例中，所述油水分离膜对于汽油、柴油、正己烷、甲苯、或1，2-二氯苯回收的分离纯度达到至少99％。
本发明的另一个方面，提供了一种回收水上浮油的设备，所述设备包括以上所述的油水分离膜。在另一优选例中，所述设备还包括一个可以漂浮在水面上的密闭箱体。在另一优选例中，所述的油水分离膜是亲油并疏水的。在另一优选例中，所述的油水分离膜允许任何不溶于水的有机溶液透过，而水或水溶液无法透过。在另一优选例中，所述的油水分离膜的耐水压高度在1-100厘米。在另一优选例中，所述的油水分离膜的耐水压强在0.1kpa-10kpa。在另一优选例中，所述的油水分离膜的通油量在100-20000lmh(升每平方米每小时)。
在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，聚合物网膜，或者有机或无机杂化的复合材料网膜。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，所述的金属网膜的表面被涂覆碳材料或者被氧化处理。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括金属网膜，所述的金属网膜的表面被涂覆氧化金属材料。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括聚合物网膜，所述的聚合物网膜的表面被涂覆碳材料。在另一优选例中，所述的油水分离膜包括聚合物网膜，所述的聚合物网膜的表面被涂覆氧化金属材料。
在另一优选例中，所述设备还包括至少一个保护网，所述的保护网是由不锈钢或涂覆有防腐层的金属构成。在另一优选例中，所述设备还包括至少一个抽油管，所述的抽油管一端连向所述的密闭箱体底部，所述的抽油管另一端连向抽油泵。在另一优选例中，所述设备还包括至少一个油位传感器。在另一优选例中，当所述的密闭箱体浮在水面上时，水面上的浮油穿过所述的油水分离膜流入密闭箱体。在另一优选例中，所述的油位传感器感知进油后发送信号启动所述的抽油泵，将密闭箱体回收的浮油送出密闭箱体。在另一优选例中，所述的油位传感器感知密闭箱体内没有油时，发送信号关闭所述的抽油泵。
附图说明
图1显示了一种漂浮在静态水面回收水上浮油的设备设计。
图2显示了把设备放置在水面上时的操作方法。
图3显示了一种漂浮在动态水面回收水上浮油的设备设计。
图4显示了油水分离组件的构造。
图5显示了把设备放置在水面上时的操作方法。
图6显示了静态水面油回收器的等轴测视图(左)和等轴测截面视图(右)。
图7显示了油回收器侧切面图。
图8显示了油回收器的原理示意图。
图9显示了动态水面油回收器的等轴测视图(左)和等轴测截面视图(右)。
图10显示了动态水面油回收器纵向切面图。
图11显示了油水分离组件的构造。
图12显示了油水分离组件的工作原理。
图13显示了浮动水面油回收器的工作过程。
图14显示了浮动水面油回收器在水面有风浪时的工作过程。
图15显示了浮动水面油回收器在水面有大风浪时的工作过程。
图16显示了浮动水面油回收器的防海浪加强设计。
图17显示了浮动水面油回收器的防海浪加强设计的工作过程。
图18显示了超疏水超亲油膜的制造过程。
图19显示了油水分离膜在纳米氧化石墨烯反应槽中的电镀反应。
图20显示了油水分离膜在纳米氧化石墨烯反应槽中的反应原理。
图21显示了油水分离膜的烘干和还原反应步骤。
图22显示了油水分离膜的生产流水线设计。
图23显示了油水分离膜生产步骤的实物图。
图24显示了油水分离膜的金属网孔大小与流速关系图。
图25显示了油水分离膜的金属网孔大小与耐水压关系图。
具体实施方案
为了可以更容易地理解本公开，首先定义某些术语。如本申请中所使用的，除非本文另有明确规定，否则以下术语中的每一个应具有下面给出的含义。在整个申请中阐述了其它定义。
术语“约”可以是指在本领域普通技术人员确定的特定值或组成的可接受误差范围内的值或组成，其将部分地取决于如何测量或测定值或组成。
如本文所用，术语“含有”或“包括(包含)”可以是开放式、半封闭式和封闭式的。换言之，所述术语也包括“基本上由…构成”、或“由…构成”。
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不限于以下实施例。
实施例1：一种漂浮在静态水面回收水上浮油的设备和方法
图1是一个用于收水上浮油设备的实施例。该设备包括一个可以漂浮在水面上的密闭箱体，其箱体与水面接触的侧壁由油水分离组件构成。油水分离组件包括了一种超亲油并超疏水的油水分离膜a。该亲油并疏水的油水分离膜a可允许任何不溶于水的有机溶液透过，而水或水溶液无法透过。该亲油并疏水的油水分离膜a表面孔径大小可以在10-200微米，耐水压高度可以在1-100厘米，耐水压强可以在0.1kpa-10kpa，或者通油量可以在100-20000lmh(升每平方米每小时)。
该亲油并疏水的油水分离膜a可以包括表面能小于20mnm-1聚合物网膜，有机或无机杂化的复合材料网膜，涂覆碳材料的金属网膜，涂覆碳材料的聚合物网膜，表面被氧化处理的金属网膜，涂覆氧化金属材料的金属网膜，涂覆氧化金属材料的聚合物网膜，或者包括以上任何组合的网膜。
油水分离组件外部可以有保护网，保护网可以由不锈钢或涂覆有防腐层的金属构成。容器内部可以是储油空间。如图1所示，一个抽油管可以一端从容器顶部或底部连向储油仓底部，抽油管另一端可以连接抽油泵。储油仓内底部可以设置油位传感器，该油位传感器可以感知储油仓里回收油的容量，然后可以利用该信息来控制外部的抽油泵。
如图2所示，当箱体放置在水面上时，箱体可以漂浮在水面上，箱体下半部分浸在水下，上半部分在空气中，侧壁可以同时接触空气、油、水。此时浮在水面上的油穿过油水分离组件流入储油仓。油位传感器感知进油后发送信号启动外部抽油泵，抽油泵将储油仓内不断流入的油抽送至外部储存容器中。水面浮油全部回收完成后，油位传感器感知储油仓内没有油时送信号关闭外部抽油泵。
实施例2：另一种漂浮在静态水面回收水上浮油的设备和方法
图3是另一个用于收水上浮油设备的实施例。该设备可以包括一个可以漂浮在水面上的密闭箱体。箱体与水面接触的侧壁可以由油水分离组件构成。油水分离组件可以包括一种超亲油并超疏水的油水分离膜a和一种超亲水并超疏油的油水分离膜b。油水分离组件前后两面可以由膜a组成，之间的空间为输油区域，底面可以由膜b组成，顶部可以为密封板(如图4)。
该设备的亲油并疏水的油水分离膜a可允许任何不溶于水的有机溶液透过，而水或水溶液无法透过。亲油并疏水的油水分离膜a表面孔径大小可以在10-200微米，耐水压高度可以在1-100厘米，耐水压强可以在0.1kpa-10kpa，或者通油量可以在100-20000lmh(升每平方米每小时)。亲油并疏水的油水分离膜a可以包括表面能小于20mnm-1聚合物网膜，有机或无机杂化的复合材料网膜，涂覆碳材料的金属网膜，涂覆碳材料的聚合物网膜，表面被氧化处理的金属网膜，涂覆氧化金属材料的金属网膜，涂覆氧化金属材料的聚合物网膜，或者包括以上任何组合的网膜。
亲水并疏油的油水分离膜b可允许水和任何水溶液透过，而不溶于水的有机溶液无法透过。亲水并疏油的油水分离膜b表面孔径大小可以在1-100微米，耐油压高度可以在1-100厘米，耐油压力可以在0.1kpa-10kpa，或者通水量可以在100-10000lmh(升每平方米每小时)。亲水并疏油的油水分离膜b可以包括表面能小于20mnm-1聚合物网膜，含氟聚合物网膜，有机或无机杂化的复合材料网膜，涂覆碳材料的金属网膜，涂覆碳材料的聚合物网膜，表面金属化合处理的金属网膜，表面掺杂无机纳米颗粒的金属网膜，表面掺杂无机纳米颗粒的聚合物网膜，涂覆氧化金属材料的金属网膜，涂覆氧化金属材料的聚合物网膜，涂覆金属化合物材料的金属网膜，涂覆金属化合物材料的聚合物网膜，或者包括以上任何组合的网膜。
外层膜a朝外一面可面向外部，朝内一面可面向输油区域，内层膜a朝内一面可面向输油区域，朝外一面可面向储油仓。底部膜b朝外一面可面向储水仓，朝内一面可面向输油区域。面向外部的外层膜a朝外一面可设置有保护网，保护网可以由不锈钢或涂覆有防腐层的金属构成，防止膜a遭受外部物理破坏或异物阻塞。容器内部为完全隔离的两层空间构造，内层可为储油仓，外层可为储水仓。一个抽油管一端从容器顶部或底部可连向储油仓底部，抽油管另一端可连接抽油泵。一个抽水管一端从容器顶部或底部可连向储水仓底部，抽水管另一端可连接抽水泵。储油仓内底部可设置油位传感器。储水仓内底部可设置水位传感器。
如图5所示，当箱体放置在水面上时，箱体会漂浮在水面上，箱体下半部分浸在水下，上半部分在空气中，侧壁可同时接触空气、油、水。浮在水面上的油可穿过油水分离组件流入储油仓。油位传感器感知进油后发送信号可启动外部抽油泵，抽油泵可将储油仓内不断流入的油抽送至外部储存容器中。水面浮油全部回收完成后，油位传感器感知储油仓内没有油时，可发送信号关闭外部抽油泵。当有水浪打向箱体时，可能会有水穿过外层膜a进入输油区域，此时水会穿过输油区域底部膜b流入储水仓。水位传感器感知进水后发送信号启动外部抽水泵，抽水泵可将储水仓内流入的水抽送至外部排出。储水仓内水全部排出后，水位传感器可感知储水仓内没有水时，发送信号关闭外部抽水泵。
实施例3：静态水面油回收器
实施例3是一种用于静态水面上的浮油回收的油回收器设计。这种油回收器可以被设计成多种形状的密闭容器，例如图6(左图：油回收器等轴测视图；右图：油回收器等轴测截面视图)所示的一种设计，油回收器上部可有一个有聚合物或不锈钢材料制成的平滑封盖，可以在需要时打开顶部。顶部有插入抽油管的管孔。油回收器下部可以如船体设计，可让油回收器稳定浮在水面上，可以由聚合物或者涂覆防腐漆的钢类材料制造。油回收器内部中空，与海面与空气同时接触的侧面可由图6中的油水分离组件构成。此油水分离组件外侧可由不锈钢防护网或涂覆防腐漆的金属类材料制成，主要是为防止外部对内侧油水分离膜的物理撞击造成破坏，以及水面漂浮的固体物质附着到油水分离膜上。内侧可是膜a，一种超亲油超疏水膜，可允许不溶于水的有机溶液通过(见图7)。
当油回收器被投放到水面上时，由于自身的重量，油回收器的底部会在水面下，侧面会有一部分在水面以下，一部分在水面以上，即，如图8所示，油水分离膜组件会在水与空气的界面处，油浮在水面上，所以与油回收组件的接触物从上往下为空气、油和水。油回收组件的另一侧为油回收器的空腔，由于油可以通过油水分离膜而水无法通过，借助于重力势差，通过油水分离膜的油可不间断地流入油回收器的腔体内，捅入腔体内的抽油管链接外部的抽油泵在不间断的将流入油同收器的油抽走，完成对水面浮油的不间断同收。
实施例4：动态水面油回收器
由于可高速回收水面溢油的油回收组件中的油水分离膜有一定的耐水压性，当水面有一定高度波浪时，会由于水压过高，部分水也会穿过油回收组件进入油回收器中，针对此种情况，我们设计了一种带有排水层和隔离仓的动态水面油回收器构造。
这种油回收器可以被设计成多种形状的密闭容器，例如图9所示的一种设计(左图：油回收器等轴测视图；右图：油回收器等轴测截面视图)，油回收器上部是一个有聚合物或不锈钢材料制成的平滑封盖，可以在需要时打开顶部。顶部可有插入抽油管的管孔和抽水管的管孔。油回收器下部如船体设计，可让油回收器稳定浮在水面上，可以由聚合物或者涂覆防腐漆的钢类材料制造。中间部分，也就是与水面、空气同时接触的侧面是由油水分离组件构成。油回收器内部中空，分为内部储油仓和外层储水仓两部分，抽油管连接着抽油泵并直通储油仓底部，储油仓内的油会被抽油泵抽走回收(如图10)。抽水管连接着抽水泵并直通储水仓底部，当有水进入储水仓时，抽水泵可将储水仓的水抽走并排出到外部。
油水分离组件(如图11)由外侧到内侧(如图从左到右)分别是保护网、油水分离膜a、油输送区域、油水分离膜、储油仓组成。外侧防护网可由聚合物或涂覆防腐漆的金属类材料制成，主要是为防止外部对内侧油水分离膜的物理撞击造成破坏，以及水面漂浮的固体物质附着到油水分离膜上。内侧油水分离膜膜a是一种超亲油超疏水膜，可允许不溶于水的有机溶液通过，高度为ha1。红色斜杠标注区域是浮油传送区域，高度为hm。浮油传送区域底部是油水分离膜b，一种超疏油超亲水材料，一般可由金属氧化物或聚合物制成(比如尼龙，含氟聚合物)，可允许水通过，而不溶于水的有机物无法通过，hm的大小≤膜b最大耐油压高度。蓝色斜杠部分为排水区域，透过膜b的水可将通过此区域进入水收集仓。浮油传送区域内侧(右侧)是油水分离膜a，高度为ha2，ha2≤ha1，在油传送区域的油会穿过它进入油回收仓。
如图12所示，虽然根据机械能守恒定律和伯努利方程得到当有浪时，外层油回收组件的进水速度为vin，中间排水层的亲水疏油膜的通水速度为vdrain，海上水波的波速
当油回收器被投放到水面上时，由于自身的重量，油回收器的底部会在水面下，侧面会有一部分在水面以下，一部分在水面以上，即图13所示，油水分离膜组件会在水与空气的界面处，油浮在水面上，所以与油回收组件的接触物从上往下为空气、油和水。油回收组件的另一侧为油回收器的储油仓，由于油可以通过油水分离膜而水无法通过，借助于重力势差，通过油水分离膜的油会不间断地流入油回收器的储油仓内，插入储油仓内的抽油管链接外部的抽油泵在不间断的将流入油回收器的油抽走，完成对水面浮油的不间断回收。
如图14所示，当水面有风浪时，绝大部分情况下油回收器会随着水面上下移动，并正常回收水面浮油，但有时水面高度会高过油回收器高度，如第一步，当油回收器组件在水下深度承受水压p1或受到海浪压力p1大于组件中油水分离膜a耐水压压力pph时，水会透过油水分离膜a进入油输送区域，在油输送区域内的水会立刻通过油输送区域底部的油水分离膜b进入储水仓仓并由排水泵排出到油回收器外部。当海浪过去水面再次回到正常位置时，如第二步，油会正常进入输油区域中，此时输油区域中可能仍会残留第一步时进的水，所以进入的油会漂浮在进水上方，如第三步，然后通过内侧的油水分离膜a正常进入储油仓内被收集，下方的水也会不断通过油水分离膜b被分离与排出，整个过程可以保持油储存舱内不会进水。
如图15所示，如果p1远大于pph，穿过膜a的水压δpa1会远大于施加在膜b上的水压δpb，因此穿过膜a1的进水速度qin会大于膜b的出水速度qout。并且p1持续时间较长或波浪平率较高时，输油区域就会被水填满，此时穿过膜a1的输油区域水压δpa1＝p1-保护网阻力fgate-pph＝施加在膜b和膜a2上的压力δpb＝δp。根据guerout-elford-ferryequation推导，通水速度
无论膜a还是膜b，进水的速度与表面的水压成正比，因此，当qin＝qout时，分散在膜a2上的压力就会小于pph，储油仓内就不会进水。由于一般使用的超亲水超输油膜b(比如尼龙，和含氟的聚合物)厚度远小于我们制造的超疏水超亲油膜a，因此，使用的膜b拥有与膜a相似的开孔率、孔大小和膜面积就可以保持有回收组件的正常工作。若使用的膜b的开孔率、孔大小小于膜a时，可以增大膜b的面积使qin与qout始终相等。
当面对较大风浪时，可以使用图16中的防海浪加强设计。若使用的膜b的开孔率、孔大小或膜面积略小于膜a，或者外部水压或进水动量很大，输油区域ot1被水灌满时，施加在膜a2上的压力p2＝p1-防护层阻力fgate-膜a1阻力fa-pph-膜b的泄压能力pdrain；pdrain∝p2。
当p2＞膜a2的固有耐压能力pph时，使用双层或多层输油区域设计可以增强油回收器的耐水压和抗风浪性能。水每填满并穿过一层输油区域时，其输有区域内部水压将会指数及下降。此时施加在膜a3上的压力就是ot2内的水压，p3≯pph。所有膜b通向同一个储水仓并由水泵排出回收器外。双层或多层输油区域设计可以大大减小外部水压进入储油仓的能力并延长排出进水的时间(如图17)。
实施例5：一个由碳材料或纳米碳材料涂覆的金属网膜
如上实施例中的金属网膜可以是由镁(mg)、铝(al)、钛(ti)、锰(mn)、锌(zn)、铬(cr)、铁(fe)、镍(ni)、锡(sn)、铅(pb)、铜(cu)金属制成或其中几种金属组合的合金制成。金属网膜表面孔径可在10微米-200微米之间。金属网膜可以是70目-6000目的金属网。
将金属网膜使用酒精和清水清洗后烘干、压平；
将金属网膜浸入碳材料母液中，并连接直流电正极，将另一个金属板电极浸入碳材料母液中并与金属网膜平行，金属板电极连接直流电负极；
金属板电极可以是由镁(mg)、铝(al)、钛(ti)、锰(mn)、锌(zn)、铬(cr)、铁(fe)、镍(ni)、锡(sn)、铅(pb)、铜(cu)金属制成或其中几种金属组合的合金制成。金属网膜与金属板电极之间的距离在5mm-500mm之间。碳材料母液可以是表面带有官能团的碳材料粉末的分散溶液。碳材料母液可以是表面带有电荷的碳材料粉末的分散溶液。碳材料母液可以是氧化石墨烯水溶液。碳材料颗粒大小在10纳米-100微米之间。碳材料母液的浓度在0.1g/l-100g/l之间。
施加在金属网膜与金属板电极上的dc直流电压在3v-36v之间。施加在金属网膜与金属板电极上的dc直流电时间在1分钟-30分钟之间。
将金属网膜从碳材料母液中取出，在常压下进行烘干。将烘干后的金属网膜表面上的碳材料表面官能团或电荷去除(也称还原处理)。将金属网膜在真空或惰性气体环境下使用100-500摄氏度高温还原处理，或者通过使用紫外线照射金属网膜进行还原处理，或者将金属网膜浸泡还原剂溶液中进行还原处理。还原剂溶液可以是碘化氢、肼、维生素c等。还原剂溶液温度可以在0度-90度之间。还原处理时间在3分钟-3小时之间。浸泡还原完成后，将金属网膜进行水洗并在常压下烘干。
实施例6：一个油水分离膜a的制作方法
这里描述的是一种超疏水超亲油膜制造过程(图18)。
第一步，将金属网膜使用酒精和清水清洗、烘干、压平后进行切割。
第二步，将切割好的金属网膜使用框架固定，并与框架内金属电极链接。
第三步(见图19)，用框架固定好的金属网膜插入纳米氧化石墨烯反应槽中，和反应槽中的金属电极板保持平行。金属网膜可以用铁、铜或铝等金属或其金属合金，金属网膜与金属电极板之间的距离可以控制在0.5到5cm之间，在金属网膜电极连接正极，金属电极板连接负极，施加3.6v-12v的直流电，通电时金属网膜释放出金属离子与氧化石墨烯和金属网膜表面连接，氧化石墨烯在金属表面部分官能团被金属离子替代和与金属表面原子桥接连接(见图20)。
第四步(图21，左)，将金属网膜从反应槽中取出，送入烘干室并在常压下加热烘干，在使用清水清洗，再次反复以上电镀过程，完成分离膜初步合成。
第五步(图21，右)，将烘干后的初步合成膜送入还原室，使用紫外线照射或高温加热至200-350度30-120分钟进行还原处理，油水分离膜制造完成。
流水线设计和制作流程分别如图22和图23所示。
实施例7：性能测试
油回收速度测试：
在与油接触时，在石墨烯层界面处形成显着大于油层厚度的膨胀的油接触面积，这个扩大的接触面积即使油层变薄也不会变化很大，因此，在整个油回收过程中都保持了高效的采油率。对于汽油、柴油、煤油、烷类、苯类等低粘度(viscosity≤103mpa·s)有机溶液的平均油回收速度可达到20000升每平方米每小时。
对于高粘度的油类，如润滑油、原油、焦油等(103mpa·s≤viscosity≤108mpa·s)根据使用不同目数与不同网孔的形状金属网膜可以控制油回收速度与耐水压能力。如金属网膜图与金属网孔大小与流速关系图(图24)所示，使用的金属网膜目数越大(孔径越小)，制成的油水分离膜对于高粘度油的通油量就会越小。对于油水分离膜的耐水压能力，如金属网孔大小与耐水压关系图(图25)所示，θ是亲水角。当目数越大(孔径越小)，耐水压能力越强。
油种类测试：
汽油、柴油、正己烷、甲苯和1，2-二氯苯都可以高效回收，分离纯度均可达到99.97％。
寿命测试：
油水分离膜在原油中浸泡了儿个月，以检查其化学稳定性。虽然原油中含有可以溶解有机化合物的多种有机溶剂，但是即使在与原油直接接触几个月之后，分离膜仍然保持其疏水性和亲油性。
将使用过的膜用水或异丙醇冲洗并用喷气枪干燥处理后，仍保持原有的分离回收能力。反复使用和清洗几百次仍然没有发现任何性能衰退。
起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】
与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。
此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除
热门咨询
