2025年水凝膠行業技術分析：水凝膠塗層技術發揮了關鍵作用

  隨著工業的迅猛發展，含油廢水排放成為嚴重的環境問題，對生態系統和人類健康造成巨大威脅。傳統處理技術存在成本高、易產生二次污染等弊端，而膜分離技術雖有優勢但面臨膜污染等挑戰。在這樣的背景下，聚結過濾技術憑藉其獨特優勢成為研究熱點，尤其是水凝膠相關技術在該領域的應用，為含油廢水處理帶來了新的希望。

  一、水凝膠聚結材料的製備與基礎實驗設置

  1.1 材料選取

  實驗選用聚醚碸(PES)微濾膜作為基材，其具有不同孔徑規格。同時，準備了丙烯醯胺、N,N』- 亞甲基二丙烯醯胺、2,2'- 偶氮 (2 - 甲基丙烯醯胺) 二鹽酸鹽、三乙氧基乙烯基矽烷等化學試劑，分別作為單體、交聯劑、引發劑和偶聯劑。此外，還有無機鹽、正己烷、聚 (乙烯醇) 甲醚甲基丙烯酸酯、聚丙烯醯胺溶液以及來自渤海某油田的重質原油樣品等材料。

  1.2 製備流程

  水凝膠聚結材料的製備分為偶聯劑接枝和聚合接枝兩個主要步驟。在偶聯劑接枝階段，將三乙氧基乙烯基矽烷溶解於乙醇並加入醋酸，超聲處理後，對 PES 基材進行去離子水超聲、乾燥和常壓等離子體處理，再將其浸入偶聯劑溶液靜置過夜，最後沖洗乾燥。聚合接枝時，先製備接枝液，將聚丙烯醯胺溶解，再混合丙烯醯胺等試劑並攪拌稀釋，加入部分聚丙烯醯胺溶液和引發劑。然後將接枝液通過偶聯劑接枝的基材真空過濾浸潤，浸入接枝液處理後，在烘箱中加熱聚合。

  1.3 實驗測試方法

  為評估材料性能，進行了一系列實驗測試。模擬含油污水通過加熱原油和水並在剪切條件下混合製備。分離性能測試利用死端過濾裝置，通過調節進水壓力，收集濾液測定油濃度，計算油去除效率、通量，同時通過通量下降比和通量恢複比評價材料抗污染性能。此外，還運用多種儀器對材料進行表徵，包括掃描電子顯微鏡觀察表面形貌、X 射線光電子能譜分析表面元素組成等。

  二、水凝膠聚結材料的性能研究與分析

  2.1 材料表面與結構特性

  掃描電子顯微鏡圖像顯示，接枝形成的水凝膠塗層改變了 PES 基材表面形貌，原始基材光滑多孔，接枝後表面出現孔隙覆蓋和亞微米級突起，且塗層為納米尺度。ATR-FTIR 和 XPS 譜圖進一步證實水凝膠塗層存在，接枝後出現 PAM 特徵信號，相關 PES 信號減弱，表面碳氮元素含量增加。

  2.2 孔隙率與潤濕性變化

  單體濃度對材料性能影響顯著，其升高會提高接枝率，但降低膜的孔隙率，同時增強膜的水潤濕性，降低水接觸角。例如，PES 基材初始接觸角為 53°，5s 後降至 42°，而 PAM/PES - 5 初始接觸角為 33°，10s 後水滴完全鋪展。

  2.3 分離性能探究

  在分離性能方面，合成條件對其影響不同。單體濃度升高能在保持高油去除效率的同時提高通量，但過高濃度易引發暴聚，後續實驗選擇 5% 的濃度;聚合溫度和時間對膜的通量及油去除效率影響較小;充分浸泡基材有助於提升塗層質量，浸泡 40min 後材料基本飽和。

  基材孔徑也會影響分離性能，隨著孔徑從 0.45μm 增加到 2μm，過濾通量從 246L/(m²・h) 上升至 343L/(m²・h) ，油去除效率僅從 99.5% 略微降至 99.3%。孔徑較小時材料類似傳統膜通過截留除油，孔徑為 2μm 時展現聚結破乳性能。該材料耐油性良好，可承受含油濃度達 5000mg/L，且經水沖洗後抗油性能出色。雷射共聚顯微鏡觀察證實材料能促進油滴聚結，加速油水分離。不過，水中無機鹽和聚合物會使分離過程複雜，聚合物堵塞孔隙降低通量，無機鹽影響油滴直徑和除油率。

  2.4 抗污染與環境耐受性能

  通過三輪過濾測試評估材料抗污染性能，結果表明水凝膠塗層顯著提升了材料抗污染能力，PAM/PES 材料兩輪過濾清洗後通量恢復率超 90%，而原始 PES 膜因油污染通量幾乎喪失。在環境耐受性方面，水的 pH 值對材料通量和油去除效率影響較小，在常見 pH 範圍內能穩定運行;甲苯對塗層影響小，材料在有機溶劑環境下穩定性高;長時間超聲震盪後，材料通量和油去除效率依然穩定，機械穩定性優異。

  三、水凝膠聚結材料的優勢與應用前景

  《2025-2030年全球及中國水凝膠行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，與其他處理含重質原油廢水的研究相比，本研究開發的水凝膠聚結材料優勢明顯，能在約 1.5s 的短接觸時間內高效除油，且採用有機基底材料，提升了對酸鹼和鹽的抗腐蝕性能。目前，聚結技術在原油水包油乳液處理領域應用受限，而本研究的水凝膠聚結器通過機械擠壓破乳，塗層耐受性好，在開發無二次污染的緊湊型含油污水處理系統中極具應用前景。

  總結

  本研究成功將聚丙烯醯胺水凝膠接枝至聚醚碸微濾膜，製備出新型物理破乳聚結材料。通過調控基材孔徑實現分離模式轉變，水凝膠塗層發揮了關鍵作用。該材料在低壓下通量達 280L/(m²・h) 以上，油去除率超 99%，抗污染和環境耐受性能良好。為稠油廢水處理提供了無藥劑、可持續的解決方案，為聚結技術在該領域的應用開拓了新思路，在石化、船舶等行業含油廢水治理方面具有重要推廣價值。未來，還需進一步優化大面積製備工藝，探究其在複雜實際廢水體系中的長期運行穩定性，以推動該技術的廣泛應用。

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