專利名稱：油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明屬于環(huán)境與材料的交叉領(lǐng)域，涉及一種油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油污水的方法用于分離含油污水中的乳化油及其他形式微油滴的技術(shù)。
背景技術(shù)：
油田廢水主要有三種來源，一是油井采出液經(jīng)脫氣、脫水處理后分離轉(zhuǎn)輸過來的廢水，即采油廢水；二是洗鹽廢水；三是洗井水。其中的主要污染物為原油。目前，國內(nèi)大部分油田已進(jìn)入中后期開采階段，主要依靠注水、注表面活性劑以及注聚合物等技術(shù)驅(qū)替地層中的原油，這些措施產(chǎn)生了大量難以處理的采出水。采出液中的含水率逐年上升，一般為70% -80%。這些廢水中的石油含有多種致癌的多環(huán)芳烴，污染水體后可通過食物鏈進(jìn)入人體，誘發(fā)癌癥，危害健康。磁分離技術(shù)作為一項(xiàng)新型的廢水處理技術(shù)，其應(yīng)用幾乎涉及所有水處理領(lǐng)域。磁分離技術(shù)具有效率好、能耗低、易操作、無二次污染和成本低等優(yōu)點(diǎn)。作為一項(xiàng)極具發(fā)展前景的技術(shù)，近年來有關(guān)直接或間接利用磁技術(shù)處理含油廢水的報(bào)道日益增多。磁性納米材料作為污染清除劑除具有一般納米材料比表面積大、吸附速率快的優(yōu)點(diǎn)，還具有超順磁性，可以直接分散在溶液中富集目標(biāo)污染物，快速磁分離后即可完成污染清除，克服了一般納米污染清除劑難以分離的缺點(diǎn)。油酸修飾的納米!^e3O4顆粒近年來在一些領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是在用于環(huán)境水樣中污染物清除時(shí)，由于油酸修飾的!^e3O4具有強(qiáng)疏水性，難以均勻分散在水樣中，而且水樣中的腐殖酸等有機(jī)雜質(zhì)容易與油酸基團(tuán)作用，從而附著在其表面上使其清除有機(jī)物效果下降。但是在另一方面納米I^e3O4顆粒經(jīng)油酸修飾后表面具有大量的非極性基團(tuán)-長鏈烴基，容易與油滴結(jié)合，結(jié)合適當(dāng)分散方法，便可使其高效進(jìn)入廢水的微油滴使其具有磁性，實(shí)現(xiàn)磁分離油田污水中的微油滴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，為了解決現(xiàn)有含油廢水、油田采油廢水的處理方法不是很有效的問題，提供一種油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油污水的方法。該方法先將含油廢水進(jìn)行超聲，在超聲的同時(shí)將油溶性四氧化三鐵納米粒子投入含油廢水中，超聲分散，四氧化三鐵就可以借助其疏水的烷基表面進(jìn)入廢水微油滴中，形成攜帶疏水四氧化三鐵粒子的磁性微油滴，再結(jié)合磁分離達(dá)到去除污水中微油滴的目的。本發(fā)明所述的一種油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水的方法，按下列步驟進(jìn)行a、將含油廢水進(jìn)行超聲波水浴式超聲或探頭式超聲；b、在含油廢水超聲的同時(shí)加入油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散5分鐘-3小時(shí)；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵或電磁場的磁分離，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。
步驟a中所述的含油廢水為油田廢水、天然氣田廢水、機(jī)械加工廢水或餐飲含油廢水。步驟a和步驟b中所述的超聲為連續(xù)超聲、間歇式超聲或脈沖式超聲。步驟b所述的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入0.l-5ml。步驟b所述的油溶性四氧化三鐵納米粒子為油酸、亞油酸、月桂酸、軟脂酸、硬脂酸、豆蔻酸、巴西棕櫚酸、亞麻酸或花生四烯酸修飾的四氧化三鐵納米粒子。本發(fā)明所述的油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水的方法，該方法在含油廢水中采用油溶性四氧化三鐵納米粒子進(jìn)行超聲，并形成磁性微油滴以及進(jìn)行磁分離的原理，由于油溶性!^e3O4表面是油溶性的有機(jī)烷烴長鏈結(jié)構(gòu)，是油溶性的脂溶的表面結(jié)構(gòu)，含油廢水中的微油滴也是油溶性的有機(jī)相，故當(dāng)在水中超聲分散油溶性的I^e3O4時(shí)，會使油溶性的!^e3O4表面的疏水烴鏈和水中微油滴有充分接觸的機(jī)會，利用!^e3O4表面的烴鏈和微油滴的疏水相互作用力進(jìn)入到含油廢污水的微油滴中，進(jìn)一步通過磁分離使含油廢水中的微油滴富集與水相分離。將油溶性的磁性納米四氧化三鐵分散到微油滴中，提供給微油滴磁性，有利于磁分離，解決了微油滴分離難的問題。油田含油廢水為黃色渾濁溶液，分散疏水的磁性納米四氧化三鐵的油田含油污水，由于四氧化三鐵的加入，油田含油廢水變?yōu)楹谏?，使用磁鐵進(jìn)行磁分離后的油田含油廢水，可以看出分離后水質(zhì)變成清澈，含油溶性的磁性納米四氧化三鐵的污油被吸附到磁鐵的一側(cè)，成功地實(shí)現(xiàn)了磁分離。


圖1為本發(fā)明原理示意圖，其中▲為油溶性四氧化三鐵， 為油溶性四氧化三鐵，圖2為本發(fā)明在含油廢水中超聲油溶性的!^e3O4分離油前后水質(zhì)UV-Vis變化圖，其中1為處理前含油廢水，2為0. 5% Fe3O4處理含油廢水，3為0. 25% Fe3O4處理含油廢水。圖3為本發(fā)明在含油廢水中超聲不同劑量油溶性!^e3O4分離油前后550nm光密度變化對比圖，其中1為處理前含油廢水，2為0. 5% Fe3O4處理含油廢水，3為0. 25% !^e3O4處理含油廢水。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1a、將油田廢水20ml進(jìn)行超聲波水浴式連續(xù)超聲；b、在油田廢水超聲的同時(shí)加入油酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散5分鐘，其中油酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入0. Iml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，油田污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象(圖2)，特別在紫外區(qū)由于烯烴在此會存在吸收，故在波長小于300納米以下紫外光顯示出很強(qiáng)的吸收，而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。使用油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水微油滴前后的水樣在550nm波長處光密度的變化(圖幻，處理前油田污水在550nm波長處光密度為1. 679，而使用超聲0. 05ml油溶性四氧化三鐵納米粒子分離微油滴后的水樣在550nm波長處光密度為0. 036，使用超聲0. Iml油溶性四氧化三鐵納米粒子分離微油滴后的水樣在550nm波長處光密度為0. 021，可見通過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離微油滴前后的水樣具有用量少、分離效果好的特點(diǎn)。實(shí)施例2a、將天然氣田廢水20ml進(jìn)行超聲波探頭式間歇式超聲；b、在天然氣田廢水超聲的同時(shí)加入亞油酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散10分鐘，其中亞油酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入0. 5ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行電磁場的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣在可見光范圍和紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。通過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離微油滴前后的水樣具有用量少、分離效果好的特點(diǎn)。實(shí)施例3a、將機(jī)械加工含油廢水20ml進(jìn)行超聲波水浴式脈沖式超聲；b、在機(jī)械加工含油廢水超聲的同時(shí)加入月桂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散30分鐘，其中月桂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入Iml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例4a、將餐飲含油廢水20ml進(jìn)行超聲波探頭式連續(xù)超聲；b、在餐飲含油廢水超聲的同時(shí)加入軟脂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散50分鐘，其中軟脂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入1. 5ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行電磁場的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例5a、將油田廢水20ml進(jìn)行超聲波探頭式間歇式超聲；b、在油田廢水超聲的同時(shí)加入硬脂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散1小時(shí)，其中硬脂酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入2ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行電磁場的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例6a、將天然氣田廢水進(jìn)行超聲波水浴式連續(xù)超聲；b、在天然氣田廢水超聲的同時(shí)加入豆蔻酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散1. 5小時(shí)，其中豆蔻酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入2. Oml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例7a、將機(jī)械加工廢水進(jìn)行超聲波探頭式間歇式超聲；b、在機(jī)械加工廢水超聲的同時(shí)加入巴西棕櫚酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散2小時(shí)，其中巴西棕櫚酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入2. 5ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行電磁場的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例8a、將餐飲含油廢水進(jìn)行超聲波水浴式脈沖式超聲；b、在餐飲含油廢水超聲的同時(shí)加入亞麻酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散25分鐘，其中亞麻酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入3. 5ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。實(shí)施例9a、將天然氣田廢水進(jìn)行超聲波探頭式脈沖式超聲；b、在天然氣田含油廢水超聲的同時(shí)加入花生四烯酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散3小時(shí)，其中花生四烯酸修飾的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入5ml ；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行電磁場的磁分離，使用紫外分光光度計(jì)掃描溶液，污水由于微油滴的存在，對可見光具有散射作用故呈渾濁，呈現(xiàn)出較高的可見光吸收現(xiàn)象。
6而經(jīng)過使用超聲油溶性四氧化三鐵納米粒子分離后的水樣不論在可見光范圍還是紫外區(qū)吸收都顯著下降，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。
權(quán)利要求
1.一種油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行a、將含油廢水進(jìn)行超聲波水浴式超聲或探頭式超聲；b、在含油廢水超聲的同時(shí)加入油溶性四氧化三鐵納米粒子，超聲分散5分鐘-3小時(shí)；C、將步驟b超聲后的溶液進(jìn)行永磁鐵或電磁場的磁分離，即可達(dá)到去除含油廢水中的微油滴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中所述的含油廢水為油田廢水、天然氣田廢水、機(jī)械加工廢水或餐飲含油廢水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟a和步驟b中所述的超聲為連續(xù)超聲、間歇式超聲或脈沖式超聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟b所述的油溶性四氧化三鐵納米粒子的加入量為每升含油廢水中加入0. l-5ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟b所述的油溶性四氧化三鐵納米粒子為油酸、亞油酸、月桂酸、軟脂酸、硬脂酸、豆蔻酸、巴西棕櫚酸、亞麻酸或花生四烯酸修飾的四氧化三鐵納米粒子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油溶性四氧化三鐵納米粒子超聲分離含油廢水的方法，該方法先將含油廢水超聲，并在超聲同時(shí)將油溶性四氧化三鐵納米粒子投加到含油廢水中，超聲分散，四氧化三鐵就可以借助其疏水的烷基表面進(jìn)入廢水微油滴中，形成攜帶疏水四氧化三鐵粒子的磁性微油滴，再結(jié)合磁分離達(dá)到去除污水中微油滴的目的。該方法可應(yīng)用于治理含油污水，改善人類生活環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量。經(jīng)本發(fā)明的方法處理后的含油廢水，特別是油田采油廢水，油水分離效果顯著。
文檔編號C02F1/36GK102390880SQ201110200469
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者李守柱, 王傳義, 賈漢忠 申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所