一種納米纖維泡沫基油氣捕集裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣污染治理及回收處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米纖維泡沫基油氣捕集裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣指含有多種有機(jī)烴類化合物和空氣的混合物，其廣泛存在于加油站、油庫、煉油廠、油田等場所。油品在儲存、裝卸、運(yùn)輸、零售等過程中，由于受到外界環(huán)境因素(溫度、氣壓等)及運(yùn)載容器內(nèi)部氣液體積變化等因素的影響，易產(chǎn)生大量的揮發(fā)油氣，這不僅造成了油品品質(zhì)的下降和直接的能源、經(jīng)濟(jì)損失，而且對周邊環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的空氣污染和火災(zāi)隱患，同時(shí)油氣中含有的多種烴類致癌物質(zhì)對附近居民的身體健康也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，甚至?xí)l(fā)癌癥。根據(jù)相關(guān)部門發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著近年來我國生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，油品從原油開采至加油站的排放量相加，每噸的油品排放約8公斤的油氣，全國儲運(yùn)油氣排放量從2005年的50萬噸，增加到了現(xiàn)在的90萬噸，至2020年預(yù)計(jì)排放量將達(dá)到115萬噸，油品單價(jià)按照4000元/噸計(jì)算，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)到46億元。近年來，隨著綠色環(huán)保、節(jié)能減排理念的深入人心，油氣處理問題引起了社會的廣泛關(guān)注。目前，人們已經(jīng)開始采取各種措施對揮發(fā)的油氣進(jìn)行處理，主要采取的方法有吸收法、冷凝法、膜分離法、熱氧化法及吸附法等。而相比于其他幾種方法，吸附法因簡單、易操作、能耗低、無污染、油氣捕集效率高而被廣泛應(yīng)用，該法是利用吸附材料對油氣混合物中的油、氣組分結(jié)合吸附力強(qiáng)弱的不同來達(dá)到兩種組分的分離，對于吸附法來說，吸附劑是整套油氣捕集裝置的關(guān)鍵，且比表面積大的多孔吸附材料有利于提高對油氣的的吸附分離效率。目前，常用的油氣吸附材料包括活性炭、分析篩沸石、活性氧化鋁、硅膠、混合吸附劑等。但上述吸附劑在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于直接吸附濃度較大的油氣時(shí)，吸附材料很快達(dá)到飽和，因此大多數(shù)情況下僅適用于低濃度的油氣吸附分離，并且還存在設(shè)備復(fù)雜、占地面積大、吸附效率低、重復(fù)利用性差等問題。
[0003]國內(nèi)專利CN102389774A公開了一種油氣吸附復(fù)合材料的制備方法，該專利所涉及的方法為利用稻殼制備成的活性炭與硅膠粉碎成型，經(jīng)高溫煅燒制成油氣吸附復(fù)合材料，但該法存在制備過程復(fù)雜、吸附效率低、不能重復(fù)使用等缺點(diǎn)。國內(nèi)專利CN101445214A公開了一種用于加油站的油氣回收處理方法和系統(tǒng)，該專利所涉及的方法為利用空氣優(yōu)先通過的膜組件對混合氣體進(jìn)行吸附，但該方法同樣存在對油氣吸附效率低、時(shí)間長、過程繁瑣，且膜組件性能差，需要對膜進(jìn)行清洗才能二次使用；國內(nèi)專利CN102125821A公開了一種去除揮發(fā)性有機(jī)污染物的活性炭-硅氣凝膠復(fù)合吸附劑，該專利所涉及的材料是以活性炭顆粒為骨架結(jié)構(gòu)，結(jié)合溶膠-凝膠反應(yīng)和常壓干燥法制得疏水硅氣凝膠，其主要吸附物質(zhì)為活性炭顆粒，疏水硅氣凝膠提供多級孔結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步提高了油氣吸附效率，但該材料的制備需要復(fù)雜的溶膠-凝膠過程、且存在原料選擇范圍窄、結(jié)構(gòu)可控性差、力學(xué)性能不足等缺陷。由納米纖維相互交聯(lián)構(gòu)成的三維多孔泡沫狀吸附材料不僅具有較高的比表面積和孔隙率，而且纖維間交聯(lián)點(diǎn)也顯著提升了吸附材料的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在油氣捕集方面具有極大的應(yīng)用潛力，但至今尚無納米纖維泡沫基油氣捕集裝置及其制備方法相關(guān)的研宄見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米纖維泡沫基油氣捕集裝置及其制備方法，以解決上述油氣捕集及回收處理方面存在的問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種納米纖維泡沫基油氣捕集裝置，其特征在于，包括集氣泵連接輸氣管，輸氣管連接油氣捕集組件，油氣捕集組件連接排氣管和收集管，收集管連接油類物質(zhì)回收箱，其中，所述的油氣捕集組件包括保護(hù)箱，所述的保護(hù)箱中設(shè)有納米纖維基泡沫材料。
[0006]優(yōu)選地，所述的納米纖維基泡沫材料由采用物理或化學(xué)改性方法對納米纖維泡沫材料進(jìn)行超親油疏水改性處理得到。
[0007]更優(yōu)選地，所述的超親油疏水改性處理方法為高壓靜電噴涂、磁場誘導(dǎo)自組裝、蒸汽擴(kuò)散、微波原位聚合和高壓氣相元素?fù)诫s方法中的一種或多種的組合。
[0008]優(yōu)選地，所述的高壓靜電噴涂法包括采用高壓靜電噴涂系統(tǒng)在納米纖維泡沫材料表面噴涂親油疏水顆粒。
[0009]優(yōu)選地，所述的磁場誘導(dǎo)自組裝法包括利用外加磁場對磁性超親油疏水納米顆粒在外部磁場的牽引下沉積至納米纖維泡沫材料表面。
[0010]優(yōu)選地，所述的蒸汽擴(kuò)散法包括將待改性纖維泡沫材料與超親油疏水顆粒膠體溶液同時(shí)置于一密閉空間中，通過對該密閉空間升溫升壓，利用溶劑蒸汽擴(kuò)散運(yùn)動將超親油疏水納米顆粒沉積至纖維泡沫材料表面。
[0011]優(yōu)選地，所述的微波原位聚合法包括首先將纖維泡沫材料基體浸泡于含有親油納米顆粒的疏水聚合物單體溶液中，然后將其置于有微波環(huán)境下加熱使單體聚合，從而將納米顆粒固定在纖維表面。
[0012]優(yōu)選地，所述高壓氣相元素?fù)诫s方法是將纖維泡沫材料與氣相親油疏水納米顆粒同時(shí)置于六面頂壓機(jī)中，通過從六個(gè)側(cè)面同時(shí)施加壓力，氣相親油疏水顆粒通過傳壓介質(zhì)摻雜于纖維泡沫材料基體中。
[0013]更優(yōu)選地，所述高壓靜電噴涂法可通過控制噴涂時(shí)間和噴涂電壓大小來達(dá)到功能化、均勻化改性目的。所述磁場誘導(dǎo)自組裝法可通過控制所施加外部磁場的強(qiáng)度來調(diào)控其對磁性納米顆粒的牽引力，從而達(dá)到改性顆粒在纖維泡沫材料表面的均勻沉積。
[0014]更優(yōu)選地，所述的納米纖維泡沫為納米纖維相互交聯(lián)構(gòu)成的三維開孔泡沫狀材料。
[0015]更優(yōu)選地，所述的納米纖維基泡沫材料的體積密度為I?1000mg/cm3，孔徑為
0.01?100 μ m，比表面積為10?2000m2/go
[0016]本發(fā)明還提供了上述的納米纖維泡沫基油氣捕集裝置的制備方法，其特征在于，具體步驟包括:將納米纖維基泡沫材料填滿于保護(hù)箱內(nèi)，且納米纖維基泡沫材料與保護(hù)箱的內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行粘合封裝，待膠粘劑室溫條件下固化后形成油氣捕集組件；將集氣泵連接輸氣管，輸氣管連接油氣捕集組件，油氣捕集組件連接排氣管和收集管，收集管連接油類物質(zhì)回收箱，得到納米纖維泡沫基油氣捕集裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述的集氣泵與輸氣管之間的連接處，輸氣管與油氣捕集組件的連接處，油氣捕集組件與排氣管和收集管的連接處，收集管與油類物質(zhì)回收箱的連接處使用環(huán)氧樹脂粘合劑進(jìn)行密封。
[0018]優(yōu)選地，所述的輸氣管、排氣管和收集管有多個(gè)管道口與油氣捕集組件連接，收集管有多個(gè)管道口與油類物質(zhì)回收箱連接。
[0019]優(yōu)選地，所述的輸氣管、排氣管和收集管與油氣捕集組件的連接方法為:在保護(hù)箱制作過程中直接將各管道口嵌入到保護(hù)箱中并進(jìn)行粘合封裝。
[0020]本發(fā)明提供的納米纖維泡沫基油氣捕集裝置及其制備方法，該裝置是基于納米纖維開孔泡沫超高的比表面積、高孔隙率及連通的孔結(jié)構(gòu)，通過對納米纖維泡沫材料的超親油疏水改性，可以實(shí)現(xiàn)快速、高效的油氣捕集并且能夠及時(shí)回收油類物質(zhì)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022](I)本發(fā)明采用的納米纖維開孔泡沫不同于傳統(tǒng)泡沫材料，其框架結(jié)構(gòu)是由納米纖維組成，該吸附材料具有較高的比表面積、高孔隙率、開孔連通結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的力學(xué)性能和回彈性。
[0023](2)本發(fā)明通過表面物理化學(xué)改性或材料本體性能設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超親油疏水的效果，利用納米纖維開孔泡沫體型結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部連通的孔道，對于油氣可實(shí)現(xiàn)快速高效的吸附分離。相比于在保護(hù)箱內(nèi)置入其他吸附劑材料，納米纖維泡沫的置入顯著提升了裝置的油氣吸附及回收效率，同時(shí)納米纖維泡沫良好的力學(xué)性能及回彈性也明顯提高了吸附材料在油氣吸附過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保了油類物質(zhì)的有效回收利用。
[0024](3)本發(fā)明提供的納米纖維泡沫基油氣捕集裝置制備工藝簡單，所用原料來源廣，可采用的功能化改性方法多，裝置結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，且成本低廉，適用于一系列不同工況下的應(yīng)用，在加油站、油廠、碼頭等場所，在制造業(yè)、表面涂裝工業(yè)等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0