一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备及其在处理废弃乳化液中的应用方法技术

本发明专利技术涉及一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备及其在处理废弃乳化液中的应用方法。本发明专利技术所述磁性纳米粒子破乳剂通过将聚乙烯亚胺枝状分子固定到磁核表面，为乳化液处理提供了大量有效作用位点。处理废弃乳化液的具体步骤为：将磁性纳米粒子破乳剂悬液加入到废弃乳化液中，充分混匀，利用磁场进行油水分离。本发明专利技术利用一种简单的方法合成了新型磁性纳米粒子破乳剂，实现了对不同组成、性质的乳化液的高效、快速破乳，操作条件简单，适用范围广，易于工业化应用。这种处理方案尤其适用于机械加工过程中产生的废弃乳化液。

Preparation of an Amino-rich Magnetic Nanoparticle Demulsifier and Its Application in Waste Emulsion Treatment

The invention relates to the preparation of an amino-rich magnetic nanoparticle demulsifier and its application method in treating waste emulsion. The magnetic nanoparticle demulsifier of the invention provides a large number of effective action sites for emulsion treatment by fixing polyethyleneimine dendrimer onto the surface of the magnetic core. The specific steps of treating waste emulsifier are: adding magnetic nanoparticle demulsifier suspension into waste emulsifier, fully mixing, and separating oil and water by magnetic field. The invention synthesizes a novel magnetic nanoparticle demulsifier by a simple method, realizes efficient and rapid demulsification of emulsions with different composition and properties, has simple operation conditions, wide application range and is easy to industrialize. This treatment scheme is especially suitable for waste emulsifiers produced in the process of mechanical processing.

【技术实现步骤摘要】
一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备及其在处理废弃乳化液中的应用方法
本专利技术涉及乳化废水处理
，尤其是涉及一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备及其在处理废弃乳化液中的应用方法。
技术介绍
随着机械加工与制造技术和社会经济的迅速发展，机械加工乳化液的使用量以及乳化液废水的产量渐增。机械加工乳化液废水成分复杂，含有基础矿物油、表面活性剂、极压剂、缓蚀剂、杀菌剂、泡沫抑制剂和重金属等毒性物质，对人体和动植物及生态环境都有严重影响，已被列为国家危险废物(HW09)。这类乳化液废水的化学需氧量(COD)高，多种复杂表面活性剂的存在使这类乳化液具有极强的热力学稳定性，大大增加了油水分离难度。据统计，每立方乳化液废水因处理规模不同，其处理成本在600-1400元/吨之间，是工业废水处理行业中处理成本最高的行业之一。这类乳化液废水液滴粒径均在微纳米级别，液滴带负电荷，乳化液表面张力低。高浓度表面活性剂形成的保护层及液滴间的静电斥力，使乳化液具有极强的稳定性。目前，此类废弃乳化液的处理多采用投加化学破乳剂或者絮凝剂等传统方法，但是药剂投加量大，分离速率慢，产生大量污泥絮体；破乳剂或絮凝剂存在于水中排放到环境中，将会带来严重的二次污染。开发高效、易分离的新型破乳剂成为亟待解决的问题。目前，已有研究者将磁性材料用于含油废水的处理，例如，CN106830248A的用于油田污水的磁性纳米水处理剂的制备方法、CN105778984A的一种基于磁性破乳剂的原油脱水方法、CN107381749A的一种磁性絮凝剂及其制备方法和应用等。但是这些技术涉及的磁性材料需要经过复杂的修饰和改性、制备方法耗时，并且这些方法大多只能处理低油含量、低表面活性剂浓度(几十至几百毫克每升)或无表面活性剂、液滴粒径大(几十微米)的乳化液，其应用主要集中于原油乳化液的破乳；对于含有大量溶解性表面活性剂、高浓度油、液滴处于纳米级别、非常稳定的机械加工废弃乳化液的处理效果未知。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备及其在处理废弃乳化液中的应用方法。本专利技术设计制备了一种表面修饰有大量氨基官能团的磁性纳米粒子破乳剂，且磁性纳米粒子破乳剂表面氨基呈树枝状排列，为液滴的接触聚集提供了大量有效作用位点，最后在磁性力的作用下实现快速油水分离。本专利技术的技术方案如下：一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将FeCl3和FeSO4在聚乙烯亚胺即HPEI和氨水的共同作用下，共沉淀得到聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4磁性纳米粒子；(2)利用戊二醛对聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子进行交联和固定化，得到性质稳定的磁性纳米粒子破乳剂M-HPEI。其中，步骤(1)具体的操作步骤为：将FeCl3和FeSO4在通N2条件下溶解在250mL超纯水中得到铁盐溶液，取聚乙烯亚胺溶解在50mL超纯水中得到聚乙烯亚胺溶液，将聚乙烯亚胺溶液逐滴滴加到铁盐溶液中，混合均匀，在水浴温度为50-80℃条件下，逐滴滴加浓氨水溶液，得到聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4磁性纳米粒子。步骤(2)所述的交联和固定化方法为：将所述的聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子投加到戊二醛溶液中，搅拌、混合均匀，得到性质稳定的磁性纳米粒子破乳剂M-HPEI。优选的，所用聚乙烯亚胺分子量为600～10000，聚乙烯亚胺负载量为1～4g，浓氨水与溶解有聚乙烯亚胺的铁盐溶液混合时间为0.5-2h，搅拌速率为400-600rpm。优选的，所用戊二醛溶液浓度为0.25～1.0wt％，交联时间为20～40min，搅拌强度为400-600rpm。步骤(2)得到的磁性纳米粒子破乳剂的粒径为15～50nm。本申请人还提供了所述富氨基磁性纳米粒子破乳剂的应用方法：将磁性纳米粒子破乳剂M-HPEI加入到待处理的废弃乳化液中，经过充分混匀，利用磁场进行油水分离。其中，待处理的废弃乳化液的COD浓度范围为2600～270000mg/L；所述废弃乳化液中含有的表面活性剂浓度范围为0.5～20g/L。优选的，磁性纳米粒子破乳剂在废弃乳化液中的浓度范围为1.0～6.0g/L。优选的，利用磁场进行油水分离时，磁场强度0.5～1T；磁吸时间1～5min。本专利技术有益的技术效果在于：本专利技术克服了传统絮凝剂和破乳剂在乳化液破乳过程中存在的破乳速率慢、污泥絮体量大的缺陷，解决了目前颗粒只能处理低油浓度、低表面活性剂含量的简单乳化液的处理问题，是一种能快速、有效处理油含量高、极稳定的机械加工废弃乳化液的新方法。针对机械加工废弃乳化液液滴表面带很强的负电荷这一特性，本专利技术设计合成表面带正电荷的功能化磁性纳米粒子破乳剂，在静电引力作用下能实现液滴的絮凝和聚并。考虑到连续相中和油水界面上存在大量阴离子表面活性剂，颗粒破乳剂表面仅仅带正电荷是不够的，还需要高密度和大量的有效作用位点，首先去除连续相中的溶解性表面活性剂，才能实现对油水界面上表面活性剂层的破坏作用，最终实现破乳。因此进一步设计制备了带有大量氨基官能团的聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子，并通过交联固定化的方法调节颗粒表面氮的存在形式和分布状态，以实现对不同水质特征乳化液的处理。基于目前颗粒处理容量低的问题和机械加工废弃乳化液污染物负荷高的现状，本专利技术特别选用高氨基密度的修饰物，旨在提高颗粒表面有效作用位点的数量和密度。对于修饰物结构的选择，选用了树枝状分子构型，相对于线性分子，能提供更大的接触面积。通过对修饰物组成和结构特性的优化，制备出了含高密度氨基官能团的新型磁性纳米粒子破乳剂。传统的一步法制备聚乙烯亚胺修饰磁性纳米粒子使用的为溶剂热法，利用的是高温高压条件下将聚乙烯亚胺分子嵌入到颗粒表面；本申请利用的是改进的化学共沉淀法，聚乙烯亚胺和浓氨水共同作为碱性物质，在实现铁盐、亚铁盐共沉淀时，固定在颗粒表面。不仅制备颗粒的原理与传统方法不同，而且反应条件温和、操作简单。进一步的，本专利技术在制备聚乙烯亚胺修饰磁性纳米粒子的基础上，采用戊二醛进行交联，利用氨基和戊二醛之间的席夫碱反应调控颗粒表面含氮官能团的分布状态和数量，是一种简单、有效的方法。通过优化戊二醛的浓度、交联时间及聚乙烯亚胺分子量、聚合度等实现对破乳剂颗粒表面有效官能团数量和密度的调控。与现有技术中处理的对象多为模型乳化液或者低油含量、低表面活性剂浓度的乳化液不同，本专利技术可以处理实际机械加工中的废弃乳化液，其具有不同组成和性质：COD范围2600～270000mg/L，液滴粒径150nm～15000nm；Zeta电位为-78mV～-47mV，表面张力28～69mN/s范围。机械加工废弃乳化液的基本特性为：水质变化大，液滴尺寸小，为纳乳液；液滴表面带负电荷，乳液中含有大量溶解态的表面活性剂，极稳定，传统方法很难实现高效和快速分离。而本专利技术利用带高密度正电荷的磁性颗粒与带负电的液滴进行充分接触，在吸附连续相中溶解态表面活性剂的同时破坏油水界面上稳定的油水界面膜，实现液滴的絮凝和聚并，最后在磁场作用下实现液滴的快速迁移和分离。在磁性纳米粒子破乳剂的作用下，不同油浓度乳化液的COD去除率能达到75％～95％，油水分离时间60s。现有技术中，所用的乳化液液滴尺寸多为微米级别，乳液的稳定性差一些，很容易实现乳化液的破乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将FeCl3和FeSO4在聚乙烯亚胺即HPEI和氨水的共同作用下，共沉淀得到聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4磁性纳米粒子；(2)利用戊二醛对聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子进行交联和固定化，得到性质稳定的磁性纳米粒子破乳剂M‑HPEI。

【技术特征摘要】
1.一种富氨基磁性纳米粒子破乳剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将FeCl3和FeSO4在聚乙烯亚胺即HPEI和氨水的共同作用下，共沉淀得到聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4磁性纳米粒子；(2)利用戊二醛对聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子进行交联和固定化，得到性质稳定的磁性纳米粒子破乳剂M-HPEI。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)具体的操作步骤为：将FeCl3和FeSO4在通N2条件下溶解在250mL超纯水中得到铁盐溶液，取聚乙烯亚胺溶解在50mL超纯水中得到聚乙烯亚胺溶液，将聚乙烯亚胺溶液逐滴滴加到铁盐溶液中，混合均匀，在水浴温度为50-80℃条件下，逐滴滴加浓氨水溶液，得到聚乙烯亚胺修饰的Fe3O4磁性纳米粒子。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所用聚乙烯亚胺分子量为600～10000，聚乙烯亚胺负载量为1～4g，浓氨水与溶解有聚乙烯亚胺的铁盐溶液混合时间为0.5-2h，搅拌速率为400-600rpm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的交联和固定化方法为...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊永娇，黄翔峰，彭开铭，陆丽君，刘佳，刘婉琪，吴宝强，张佳路，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31