陶瓷微滤膜净化200溶剂油的研究_硕士学位论文(编辑修改稿)

陶瓷微滤膜净化200溶剂油的研究_硕士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

.............................. 65 设计工艺流程 ........................................................................... 67 经济分析 ................................................................................. 68 本章小结 ................................................................................. 69 第七章 结论 ..................................................................................... 70 参 考 文 献 ..................................................................................... 72 致 谢 ............................................................................................... 79 附录 A ............................................................................................. 80 附录 B .............................................................................................. 81 目 录 iv 湖南科技大学 硕士学位论文 1 第一章 绪论 铝粉颜料概况 铝粉颜料的特点及应用 在过去的二十多年，金属效应引入金属粉末面漆已经变着更加受欢迎。 因而对金属粉的需求量愈来愈大，种类也随之增加。 常见的金属粉有铝 粉、锌粉、铅粉等，合金形式的金属粉有铜金粉、锌铝粉、不锈钢粉等。 由于粉末状的金属颜料是以金属或合金组成，故金属颜料与其它颜料相比较具有它的特殊性，如明亮的金属光泽和颜色。 因此，许多金属颜料被用做装饰性颜料 [1]。 目前大约 10%的粉末面漆都具有金属效应，这方面的快速发展主要是取决于高性能金属颜料的发展和色彩美学的市场趋势。 片状铝粉 颜料 是 一种 非常重要的金属颜料之一， 其中 铝粉 颗粒 是鳞片状 ，也正是由于这种鳞片状的 几何形状 ，铝粉才具有金属色泽的屏蔽功能。 这主要是因为：当铝粉颜料涂装于被涂物表面时，它将 与 被涂物 平行， 铝粉间互相连结，多层排列，互相遮掩，因而在 表面形成一层膜 且这层膜的微细孔被互相阻断。 由于这层膜的 屏障 作用 ， 也因此 阻止 了 外界有害气体或有害液体 难于透过膜而主要 保护了被涂装物品 ；另外， 这种屏蔽作用使铝粉颜料具有反射光线的特性，能在较大的光谱范围内对光线具有反射效应，对紫外光和红外线也有较强的反射能力， 且随着涂膜表面积的增加其反射光的能力也增大， 有利于保护易受光腐蚀的内层材料。 此 外，片状铝粉颜料具有的平行于被涂物的特点 为整个涂层提供遮盖力好，具有漂浮性，不透光，能反射可见光、红外线和紫外线的 60%∼90%，对太 阳光具有散热作用，耐气候性良好，防腐和耐水性能优良，还具有 特殊 的 正视明亮、侧视变暗的“ 双色效应 ” [2,3]。 正是由于这种片状结构，当 铝粉颜料在涂层中 以不同层次排列 ，入射光 一旦 照射 到 各个铝片上时，光线 将 因穿过不同厚度的膜层受到不同程度的削弱，反射回去各种不同的光线亮度。 铝片就像一面微型镜子一般， 光线射入透明涂料 接触到 不同层次的铝片再反射回去的光，则由于光泽和颜色随着入射光的角度和视角的变化形成具有不同光泽和不同颜色的光，外观可有平光、银白 及 高亮度，因此具有良好的装饰效果 [4, 5]。 近 30 年来，铝粉颜料发展十 分迅速，品种大幅度增 加 ，在汽车、建筑、金属闪光漆和印刷油墨等领域中广泛应用 [68]。 采用铝粉颜料可配置汽车配件涂料、罐听涂第一章 绪论 2 料、卷材涂料、一般工业涂料、海洋涂料、粉末涂料、保护涂料、屋顶涂料、汽车涂料、汽车修补涂料等众多涂料 [9,10]。 其中， 铝粉颜料用量最大的三种涂料是 ： 屋顶涂料 （ 增加美观性，因反射紫外线和红外线能力强而延长涂料的寿命，多用浮型铝粉颜料 ） 、保护涂料 （ 利用铝粉颜料的片状结构起屏蔽作用，保护钢结构，可用浮型铝粉，也可用非浮型铝粉 ） 、装饰性涂料 （ 利用其随角异色等光学效应，采用非浮型铝粉颜料 ）。 片 状铝粉主要应用于工业涂料、汽车涂料、印刷油墨及塑料加工等方面，对于片状铝粉颜料而言，它具有更加广泛的应用领域和广阔的发展前景，它将逐步取代传统铝粉颜料而成为重要的金属颜料。 铝粉颜料的发展现状 铝粉 颜料的工业化生产己有 100 多年的历史。 最早是采用捣冲法， 之后在 1894年 时 德国 Hmatga 采用了干法球磨（ 在球磨机内和管道内充满低氧含量的惰性气体 ） ，但是这些方法容易发生自燃、起火或爆炸。 所以目前多采用湿法球磨方法，它是由美国 E. J. Hall 于 1910 年时 发明了在球磨机加入石油溶剂代替惰性气体的方 法，将雾化铝粉或碎铝箔与惰性液态载体 （ 通常为石油溶剂 ） 一起加入球磨机内，再加入适量的球磨润滑剂，一起进行球磨。 它的优点：可减少铝粉的氧化；可防止铝粉颗粒的再聚集和生长；可减少粉尘飞扬，改善工作环境；设备简单，操作安全，产品质量稳定且使用方便。 所以这种方法 很快为 铝粉颜料生产的主要方法。 国外对铝粉颜料的早期研究主要集中在铝粉粒子的制备和应用方面，并且研究己较为成熟，生产出的铝粉粒子性能较好。 目前， 对铝粉颜料的生产研究，基本 的生产工艺并没有改变，主要是改进产品性能 或 发展水性铝粉颜料 、高闪光铝粉颜料等多种性能的铝 粉颜料产品。 世界上生产铝粉的厂家 较 多， 主要集中在一些发达国家 ，他们可以提供高性能高品质的铝粉颜料 ，其中比较著名的有 美国的 Silberline Manuafeutring Co., Lit.、日本的东洋铝株式会社和 德国的 EckardWerke。 中国铝粉颜料工业 发展 已有 60 多年的历史。 目前全国颜料铝粉年生产能力约14000 吨，铝银浆 6000 吨，铝粉 5000 吨 ，但国内铝粉颜料在品种及质量上都与世界先进水平有着较大的差距，特别是在高档次的产品方面差距则更大。 山东济南周围覆盖了国内的主要铝粉颜料生产 ， 如 1958 年 成立 的 济南金属颜料总厂、 1994 年的 济南雅思达化工公司 、 1987 年的 章丘金属颜料 有限公司、 2020 年 的 济南金思帝颜料科技有限公司。 目前， 我国的汽车工业己开始迅猛发展，对高档面漆颜料的需求量越来越大，因此造成了 我国每年都要从国外进口大量高档铝粉颜料。 在这种情况下，国内也开始大力发展我国的铝粉颜料工业 ， 特别是汽车闪光铝粉颜料。 汽车涂料往往被认为是代表一个国家或地区涂料工业发展水平的典型产品，因此它从三十年代后期就受到了各国涂料工业界的特别关注和重视。 最初，汽车面漆只是以黑色单色漆为主。 本世纪 40 年代，出现了含 较粗非浮型铝粉颜料的金属闪光湖南科技大学 硕士学位论文 3 汽车面漆， 由于它具有的特殊的闪光装饰效果和双色效应等独特性质 ，因而深受顾客的喜爱，很快成为轿车面漆的一个重要品种。 到了 60 年代，金属闪光 颜料 首先在美国以工业规模出现 ，随后在其他国家迅速发展并壮大，且科学技术的发展也造就了闪光颜料 出现 颜色的缤纷多彩 ，轿车的外观已超出了涂料 仅 起保护作用的范畴。 八十年代，用金属闪光漆涂装的轿车，在欧洲和日本约占总轿车数量的 70%以上。 随着铝粉颜料的特殊性质深受汽车行业的青睐，铝粉颜料行业也因此而快速的发展。 当今重点开发的许多铝粉颜料产品，如彩色铝粉颜 料、水性漆用铝粉颜料和高闪光性、高耐酸性铝粉颜料等都是为满足汽车工业发展的需求而开发的。 目前主要的汽车闪光铝粉颜料仍以湿法方法制备，其生产技术成熟，主要工艺包括 [11,12]雾化铝粉 物料混合 球磨 过筛 抛光 铝粉颜料 ，球磨阶段需加入溶剂油 (如 200溶剂 汽油 )以防止铝粉氧化。 由于 这些原因，铝粉颜料飞速发展的同时，作为 载体和防护剂 的溶剂油的使用将会越来越多。 而其 生产过程结束时 产生大量含 铝粉等 杂质 的 溶剂油，如果处理不当，将会造成环境的污染及资源的浪费 ，虽然目前我国对溶剂排放量还没有那么严格规定，但对溶剂排放 从严要求是大势所趋， 因此对汽车闪光铝粉颜料工业的后处理也越来越至关重要。 溶剂油的概况及回收方法 溶剂油产品是五大类石油产品之一，与人们的衣食住行密切相关， 其应用领域也不断扩大， 其中 用量最大的首推涂料溶剂油（俗称油漆溶剂油） ， 在食用油、 橡 胶 、皮革、农药、 印刷油墨、 杀虫剂、 化工聚合、 化妆品、香料 以及 医药等诸方面 也 都有广泛的用途。 据统计，市场上销售的 溶剂油 有 200 多种。 近年来，各生产厂家 纷纷 开发出不同牌号附加值较高的新产品， 以 满足人们更多的需求。 其中， 普通溶剂油产品主要有 1 200溶剂油 等 ，主要成分是烷烃和环烷烃。 普通溶剂油的生产工艺分为切割馏分和精制两个过程。 切割主要是将轻质直馏馏分切割成适当窄馏分或将 催化重整抽余油 ，进行分馏。 各种溶剂油一般都需精制，目的是改善颜色、提高安定性、减少腐蚀性物质和降低毒性等。 精制方法主要有碱洗、白土精制、加氢精制 及分子筛精制 等。 200溶剂油一般来自常减压蒸馏装置的直馏馏分，馏程为140～ 200℃ , 且精制成本较高 ， 以 金利石油公司 的 2020 年初 石油 价格 动态可以发现，200溶剂油 价格在 7800 元 /吨左右。 据统计，在 2020 年时 世界每年消耗 石油类 溶剂油产品 1 万吨 以上， 而 我国石油类溶剂油年产量约 占到 万吨 ，其潜在市场 很大。 而 国内溶剂油 的现状是 生产厂家 多而 生产规模小 ，因此，对溶剂油的回收 就 变着极其重要。 目前废有机溶剂一般是采用稀释法、焚烧法和减压蒸馏法等方法进行处理 [1319]。 稀释法需要消耗大量的淡水资源对废溶剂进行稀释， 不能从根本上解决废溶剂的污染问题，因为 稀释排放法既造成水资源的浪费又引发新的水资源污染，且污染后的第一章 绪论 4 水源可再生性能极差，在水资源日益短缺的今天 是不提倡的 ；“焚烧法”，作为高浓度危险废弃物的主要处理手段之一， 但燃烧后造成了众多污染，随着环保 意识的增强，国内相关法律法规的制定，这种方法几乎是不可取的，而且它 存在处理费用高，浪费大量的热值和溶剂等缺点；“减压蒸馏法”，虽然可以实现铝粉颜料中溶剂的回收利用，可以做到工艺无二次污染。 但 是电耗特别大，增大了处理费用，且 由于受到相关溶剂的沸点和冷凝水温度等的限制，真空度不可能太高， 并且溶剂油较易 挥发，部分有机溶剂 将进入 大气中 而 造成大气污染。 本文提出用膜分离对 200溶剂油进行回收，膜分离技术具有能耗低、操作简便、分离效率高和环境友好等特点，在有机溶剂回收领域备受关注 [20, 21]。 王信玮等 [22]考察了溴 代 聚苯醚 膜对甲醇 /正戊烷、乙醇 /正戊烷等有机溶剂体系的分离性能； Bhaumik 等 [23]在中空纤维膜表面涂覆聚合硅树脂制备复合膜回收 甲醇 和 甲苯等 有机溶剂； Kim 等 [24]和李焦丽等 [25]均报道了改性膜对有机溶剂的回收效率。 这些研究在一定程度上实现了特定有机溶剂分离回收，但主要基于渗透汽化原理，对有机溶剂在液态下以膜净化的研究较少。 目前国内外对汽车闪光铝粉颜料制造过程及使用后所产生的废 200溶剂油尚无有效的治理方法 [26]。 微滤技术 微滤技术简介 膜从广义上可定义为两相之间的选择性屏 障或一个不连续区间 [27]，膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米之间。 对于分离功能的膜，时钧等人 [27]将它定义为 “ Membrane are thinbarriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more ponents” ，这类膜可将双组分或多组分体系进行分离，分级，提纯或富集，因而对人类的生产和生活具有极为重 要的作用。 膜分离是在 20 世纪初出现，上世纪 60 年代后迅速崛起的一门分离新技术。 膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益， 引起许多国家的有关专家、学者的高度重视和深入的研究，作为一门新兴的化工分离单元操作发展迅速， 已成为当今分离科学中最重要的手段之一 [28]。 目前的膜分离技术有：微滤 (microfiltration, MF)、超滤 (ultrafiltr。