一种适用于原油储罐的超疏油防腐涂层的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及材料技术及资源环境领域，尤其涉及一种适用于原油储罐的超疏油防腐涂层的制备方法及应用。

背景技术

空气中的挥发性有机化合物(VOCs)可能导致对人类健康和环境产生严重不利影响。从原油提取到精炼的整个过程中都会释放VOCs，使炼油厂成为环境中VOCs排放的主要来源之一。从原油释放的VOCs成分非常复杂，是导致严重空气污染问题的原因之一，并且每年都有大量的宝贵的原油资源因为挥发而释放到大气中造成经济上的浪费。在炼油厂内的各种排放源中，原油储罐排放了大量VOCs，并且研究发现原油的排放指数比现有的大多数研究更高，其中粘附在原油储罐内壁的原油是造成VOCs挥发量大的原因之一。

可以通过各种方法减少VOCs排放，例如吸附、催化氧化和膜分离等。尽管这些方法有效，但通常伴随着较高的运营成本和能源消耗。一些石化企业采用直接燃烧的方式，加剧了温室效应。因此，迫切需要开发既具有成本效益又环保的替代方法，以有效解决VOCs排放的挑战。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种适用于原油储罐的超疏油防腐涂层的制备方法及应用，本发明通过开发一种具有超疏油性能的涂层，能够减少原油粘附在储罐内壁进而有效减少原油储罐VOCs排放。本发明的方法易于操作，可以有效节约能源和减少环境污染。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于原油储罐的超疏油防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)制备悬浊液：将二氧化硅和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷在碱性溶液中通过硅烷偶联剂进行接枝；所述碱性溶液包括氨水与乙醇；所述乙醇为无水乙醇；

2)制备粘合剂：所述粘合剂包括混合的PTFE和环氧树脂；

3)在原油储罐的内壁先喷涂粘合剂，再喷涂悬浊液，固化后形成疏油防腐涂层。

步骤1)中，所述悬浊液中所加入的二氧化硅与乙醇的质量百分比为1.0wt％～5.0wt％。

步骤1)中，所述悬浊液中所加入的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷与乙醇的体积百分比为2.0V/V％～10.0V/V％。

步骤1)中，所述悬浊液中所加入的硅烷偶联剂与乙醇的的体积百分比为0.5V/V％～5.0V/V％。

步骤1)中，氨水所含氨(NH

步骤2)中，PTFE和环氧树脂的质量比不高于50.0wt％。

步骤2)中，所述粘合剂中还包括固化剂。

所述超疏油防腐涂层用于喷涂在原油储罐内壁，所述超疏油涂层有效抗原油粘附，减少大量因原油粘附而产生的VOCs。优选地，VOCs为非甲烷总烃；非甲烷总烃的测试方法是通过气相色谱-质谱仪的氢火焰离子化检测器进行测试。

具体地，采用喷枪喷涂，喷枪气压为0.1～1.0MPa，喷涂距离为10～40cm。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明首次将超疏油涂层应用于原油储罐内壁，可以最大限度地减少原油与罐壁之间的接触，此方法可以实现高效抗原油粘附，从而减少挥发性有机化合物的释放；该方法需要用到的化学试剂容易获取，操作简便，应用价值高，容易推广，适用于大规模工业应用。

附图说明

图1为不同质量比的PTFE和环氧树脂对涂层超疏油效果影响图；

图2为悬浊液中SiO

图3为超疏油涂层对不同液体疏水疏油的效果图；

图4为超疏油涂层在原油中浸渍不同天数对疏油效果影响图；

图5为碳钢片、商用涂层以及超疏油涂层的原油抗粘附效果的对比图；其中碳钢片表示没有喷涂涂层的碳钢片，商用涂层表示喷涂有商用涂层的碳钢片，超疏油涂层表示喷涂有超疏油涂层的碳钢片；

图6为碳钢片、商用涂层以及超疏油涂层浸渍原油后VOCs挥发的对比图；其中碳钢片表示没有喷涂涂层的碳钢片，商用涂层表示喷涂有商用涂层的碳钢片，超疏油涂层表示喷涂有超疏油涂层的碳钢片。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

不同质量比的PTFE和环氧树脂对涂层超疏油效果的影响

悬浊液：在40mL乙醇溶液中加入0.5g二氧化硅和6mL氨水，搅拌30min，加入0.4mL硅烷偶联剂和1.2mL的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，反应4h，反应结束后离心，乙醇洗涤3次，加入10mL丙酮溶液，分散均匀后备用。

粘合剂：2.5g环氧树脂分散在15mL丙酮溶液中，超声至分散均匀，分别加入0g、0.25g、0.50g、0.75g、1.0g、1.25g的PTFE粉末以制备6种不同配比的粘合剂，超声1h至分散均匀，加入0.625g固化剂备用；所述固化剂为酚醛胺(PAA)环氧固化剂。

喷涂：调节空压机及喷枪气压，控制喷涂距离20cm，喷涂至碳钢片上，具体地先喷涂粘合剂再喷涂悬浊液，室温固化24h，通过接触角仪测试涂层对十六烷的接触角和滚动角，结果见图1。

图1表明，当PTFE投加量为1.0g，即PTFE和环氧树脂的质量比为40％，涂层对十六烷的接触角最高、滚动角最低，即涂层的疏油效果最好。

实施例2

悬浊液中SiO

重复实施例1，有以下不同点：PTFE的投加量为1.0g，而悬浊液中丙酮溶液的投加量分别为5mL、10mL、20mL、30mL，分别对应SiO

图2表明，当悬浊液中丙酮溶液的投加量为10mL，即SiO

实施例3

超疏油涂层对不同液体的疏水疏油效果

重复实施例1，有以下不同点：PTFE的投加量为1.0g，得到超疏油涂层。通过接触角仪测试涂层对水、甘油、二碘甲烷、聚丁二烯、原油、十六烷和玉米油的接触角和滚动角，所有液体的接触角都超过160度，滚动角都低于5度，结果见图3。

图3表明，超疏油涂层对水、原油及各种液体都非常好的疏液性。

实施例4

超疏油涂层在原油中浸渍不同天数对疏油效果的影响

重复实施例1，有以下不同点：PTFE的投加量为1.0g，得到超疏油涂层。将超疏油涂层浸渍在原油中，浸渍区域涵盖涂层的50％区域，在不同天数下通过接触角仪测试涂层浸渍区域对原油的接触角和滚动角，结果见图4。

图4表明，经过120天的原油浸渍，涂层对原油的接触角仍然高于150度，对原油的滚动角始终保持在20度附近，说明该涂层有优异的疏油特性及耐原油腐蚀性。

实施例5

碳钢片与商用涂层以及超疏油涂层的抗原油粘附效果对比

首先将三块碳钢片经过乙醇清洗和砂纸打磨去除表面油质和杂质；然后，其中一块碳钢片不喷涂任何涂层；一块碳钢片喷涂商用涂层，所述商用涂层选用适用于原油储罐内壁的重防腐涂层，具体购买自佰丽安的重防腐特种工业涂料；一块碳钢片采用实施例1的超疏油涂层，且PTFE的投加量为1.0g。

将上述处理后的三块碳钢片分别浸渍在原油中30min。从原油中取出后，擦拭背面的原油，并用乙醇、丙酮清洗干净，将正面贴紧丁腈橡胶，并放置100g砝码，模拟实际原油储罐外浮顶对内壁的刮擦，滑动一定距离后对其拍摄。同时，通过接触角仪测试涂层未浸渍区域对原油的接触角，结果见图5。

图5表明，相比于没有涂层的碳钢片和商用涂层，超疏油涂层具有良好的抗原油粘附性。

实施例6

碳钢片与商用涂层以及超疏油涂层的浸渍原油后VOCs的挥发对比

重复实施例5，将三块碳钢片分别放置在同一体积大小的密闭装置中，分别在0h、2h、4h、8h、24h、48h和72h抽取装置内的所有气体于30L气袋中测试非甲烷总烃的浓度，经过计算后结果见图6。

图6表明，相比于没有涂层的碳钢片和商用涂层，超疏油涂层能够在72h内分别减少88.3％和86.7％非甲烷总烃的挥发，说明超疏油涂层能够有效减少原油的损耗并减少挥发性有机物的产生。

本发明的超疏油涂层对水和原油都具有出色的液体防护性能，水接触角为164.1°，滚动角为1.1°，原油接触角为172.1°，滚动角为2.5°。该涂层在原油中浸渍120天后仍然不被湿润。该超疏油涂层的表面存在稳定的气孔，能够作为抗粘附的隔离屏障，防止涂层与原油粘附。将超疏油涂层应用于原油储罐中能够有效防止挥发性有机化合物的排放。本方法适用范围广泛，操作简单，有效减少原油损耗造成的经济损失和原油挥发带来的环境污染。