一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法技术

本发明专利技术涉及一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，具体步骤为：(1)制备功能化磁性Fe

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法
本专利技术属于危险废弃物及废水废液处理
，具体涉及一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法。
技术介绍
冶金、焦化及各种机械加工工厂在车、磨、削、轧等加工过程中，普遍使用乳化液来冷却、润滑、清洗、防锈，以提高产品的质量，并延长机床的使用寿命。由于乳化液中表面活性剂及多种助剂的作用，油滴被分散成稳定均匀细小的油珠，形成的废弃乳化液极难处理，属于危险废弃物，其处理是当前面临的一个不可避免的挑战。目前，废弃乳化液主要采用重力分离、絮凝、气浮、高级氧化、电解等方法或者多种方法组合，形成多级处理工艺进行处理。其中，破乳即实现油水分离是处理废弃乳化液的关键。近年来，由于膜法破乳实现油水分离因操作简单、流程短、分离彻底、效果稳定、无需化学添加剂、占地小、能耗低等优点，处理废弃乳化液优势明显。但是，严重的膜污染不仅降低膜处理乳化液废水的效率，而且会减少膜的寿命，进而约束了膜技术在废弃乳化液处理领域的广泛应用。膜污染多来自于油相形成的膜孔堵塞、溶质吸附、浓差极化形成的凝胶层等。一些研究者致力于通过膜的改性解决这一问题，利用膜润湿性、带电性等表面性质的改变实现废弃乳化液处理；还有一些研究者通过膜技术与其他方法/工艺形成组合法实现对废弃乳化液的处理，例如膜技术与电场、光催化体系、臭氧处理等技术相结合。其中，有关纳米粒子与膜组合的工艺研究呈发展趋势。现有的研究较多的集中在膜制备过程中将纳米粒子混合或者将纳米粒子沉积在膜表面以处理废弃乳化液，这种方法是通过纳米粒子的混合或沉积改变原有膜的性质，使得纳米粒子形成的膜层可起保护和过滤的作用，从而实现废弃乳化液的处理。而有研究指出将纳米粒子与废弃乳化液先混合再过膜的方法会使膜通量降低，加重膜污染，还有研究通过将膜改性与过膜前预先混合的方法相结合才能实现废弃乳化液的较好处理，效果都不尽如人意。中国专利CN104261617A公开了一种废乳化液的处理方法，其工艺步骤为：步骤一，破乳沉淀；步骤二，MBR膜生物反应；步骤三，活性炭吸附和UV消毒。该专利技术采用高效破乳剂和絮凝剂，有效去除废乳化液中的油，沉淀使油水分离后，通过MBR膜生物处理系统的缺氧池和好氧区进行生物处理，有效去除废乳化液中的氮和溶解性有机物，再经MBR膜组件进行固液分离后，UV紫外消毒，出水即可直接排放，但该专利技术仍然存在膜污染问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，实现膜通量提高及过滤时间缩短，切实解决膜污染问题，并实现磁性纳米粒子循环再利用，为研究磁性纳米粒子与超滤膜组合的破乳机理提供途径。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，具体包括以下步骤：(1)制备功能化磁性Fe3O4纳米粒子；(2)将功能化磁性Fe3O4纳米粒子制成悬液，与废弃乳化液混合、搅拌，得到粒子-乳化液混合物；(3)将粒子-乳化液混合物通过超滤膜进行超滤破乳；(4)破乳实现油水分离后，对分离后的水及功能化磁性Fe3O4纳米粒子进行回收。步骤(1)所述的功能化磁性Fe3O4纳米粒子采用化学共沉淀法制得，粒子表面修饰SiO2和NH2基官能团，粒子的Zeta电位值为22-30mv。所述的功能化磁性Fe3O4纳米粒子由以下步骤制备：(a)在N2氛围下，将FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O溶于水，加热并搅拌，温度为75-85℃时，加入氨水并搅拌，将沉淀磁场分离、水洗，得到Fe3O4；(b)将Fe3O4分散在乙醇、水和氨水的混合液中，加入正硅酸四乙酯，超声分散、搅拌，将沉淀经磁场分离、乙醇洗涤、烘干，得到Fe3O4@SiO2；(c)将Fe3O4@SiO2分散在含有KH-560的甲苯溶液中，超声分散，在85-95℃条件下反应5-7h，冷却至室温，将沉淀经磁场分离、甲苯洗涤，再分散在含有过量三乙烯四胺的甲苯溶液中搅拌，45-55℃下反应5-7h，经乙醇洗涤、水洗、冷干后，得到Fe3O4@SiO2@NH2，即功能化磁性Fe3O4纳米粒子，记为MNP。步骤(a)所述的FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、水以及氨水的质量比为1：1-3：60-65：3-4。步骤(b)所述的Fe3O4、混合液、正硅酸四乙酯的比例为1g：30-32ml：0.5-1.0mL，混合液中乙醇、水及氨水的体积比为60：15：1。步骤(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为1g：50-55ml：50-55ml，其中，KH-560与甲苯溶液的体积比为1：50，三乙烯四胺与甲苯溶液的体积比为1：25。步骤(2)所述的功能化磁性Fe3O4纳米粒子制成悬液的浓度为5-20g/L，功能化磁性Fe3O4纳米粒子悬液与废弃乳化液的体积比为1：1，使磁性纳米粒子对废弃乳化液油滴的浓度范围在1-4g/mL。步骤(2)所述的废弃乳化液的乳化液油的体积百分比在0.5-5％，粒径范围在400-5700nm，Zeta电位值在-20～-55mv。步骤(3)所述的超滤膜的孔径在100-300kDa，选自无机陶瓷膜(CM)或有机聚醚砜膜(PES)，粒子-乳化液混合物的压滤过膜在1bar的N2压滤条件下进行，利用电子天平和计算机实时监测滤出液的通量。步骤(4)油水分离后的水回流用于稀释废弃乳化液，功能化磁性Fe3O4纳米粒子通过正己烷和乙醇洗涤，并在外磁场的作用下进行回收，可循环使用。本专利技术先将磁性纳米粒子与废弃乳化液混合，氨基修饰的带正电的纳米粒子与带负电的废弃乳化液产生静电作用，纳米粒子到达油水界面。磁性纳米粒子对废弃乳化液油滴的浓度范围在1-4g/mL时，纳米粒子可以有效包裹油滴，再通过有机/无机膜，可以减少油相与膜之间的直接接触，从而减缓油对膜的污染。本专利技术所使用的方法可以实现膜通量的提高，以及过滤时间的缩短，未对所使用的有机/无机膜进行改性，节省成本。预先混合的磁性纳米粒子与废弃乳化液过膜破乳，实现油水分离后，在外加磁场作用下可以将油和磁性纳米粒子分开，回收磁性纳米粒子，循环使用，降低成本。本专利技术优点具体为：1、与废弃乳化液直接超滤过膜相比，带相反电荷的磁性纳米粒子与废弃乳化液在静电力的作用下，纳米粒子可以到达油水界面，在纳米粒子对废弃乳化液油滴的浓度范围在1-4g/mL时，纳米粒子可以有效包裹油滴，减少油滴与膜之间的接触，减缓膜污染，磁性纳米粒子与废弃乳化液混合后超滤过膜的通量可以提高5-22.5倍；等体积磁性纳米粒子与废弃乳化液的混合液超滤过膜的时间缩短至6.7-23％；2、磁性纳米粒子与废弃乳化液混合后超滤过膜，油水分离后的水可回流至前端稀释废弃乳化液，提高膜过滤处理效果，使磁性纳米粒子对废弃乳化液油滴的浓度范围控制在1-4g/mL实现废水利用；磁性纳米粒子在外磁场作用下与油分离后循环利用，降低成本；3、将磁性纳米粒子与膜结合处理废弃乳化液的方法适用于不同种类(有机/无机)、不同孔径范围(100-300kDa)的膜，使用面广，这些膜可以有效截留分散相平均粒径在400nm以上的废弃乳化液；同时，磁性纳米粒子不通过膜，不会对出水的COD产生影响。附图说明图1为实施例废弃乳化液处理的流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)制备功能化磁性Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)制备功能化磁性Fe3O4纳米粒子；(2)将功能化磁性Fe3O4纳米粒子制成悬液，与废弃乳化液混合、搅拌，得到粒子-乳化液混合物；(3)将粒子-乳化液混合物通过超滤膜进行超滤破乳；(4)破乳实现油水分离后，对分离后的水及功能化磁性Fe3O4纳米粒子进行回收。2.根据权利要求1所述的一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，其特征在于，步骤(1)所述的功能化磁性Fe3O4纳米粒子采用化学共沉淀法制得，粒子表面修饰SiO2和NH2基官能团，粒子的Zeta电位值为22-30mv。3.根据权利要求2所述的一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，其特征在于，所述的功能化磁性Fe3O4纳米粒子由以下步骤制备：(a)在N2氛围下，将FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O溶于水，加热并搅拌，温度为75-85℃时，加入氨水并搅拌，将沉淀磁场分离、水洗，得到Fe3O4；(b)将Fe3O4分散在乙醇、水和氨水的混合液中，加入正硅酸四乙酯，超声分散、搅拌，将沉淀经磁场分离、乙醇洗涤、烘干，得到Fe3O4@SiO2；(c)将Fe3O4@SiO2分散在含有KH-560的甲苯溶液中，超声分散，在85-95℃条件下反应5-7h，冷却至室温，将沉淀经磁场分离、甲苯洗涤，再分散在含有过量三乙烯四胺的甲苯溶液中搅拌，45-55℃下反应5-7h，经乙醇洗涤、水洗、冷干后，得到Fe3O4@SiO2@NH2，即功能化磁性Fe3O4纳米粒子。4.根据权利要求3所述的一种磁性纳米粒子与超滤膜结合处理废弃乳化液的方法，其特征在于，步骤(a)所述的FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭开铭，娜雅，黄翔峰，熊永娇，陆丽君，刘佳，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31