一种可快速破乳的柴油乳状液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可快速破乳的柴油乳状液及其制备方法，属于胶体与界面化学领域。对市售普通柴油，仅用商品级纳米二氧化硅颗粒分散于水相，即可制成O/W(水包油)型柴油乳状液，乳状液中柴油的体积分数可以达到70％以上，油珠大小为50～100μm，所需纳米二氧化硅颗粒的质量浓度需仅为0.1％～0.5％。本发明专利技术所得乳状液不同于Pickering乳状液，其中纳米二氧化颗粒并不吸附于油/水界面，而是分布于连续相水膜中。所得乳状液具有很好的流动性和较低的闪点，能稳定半个月以上；向乳状液中加入微量阳离子表面活性剂或者低浓度的高价电解质即能实现快速破乳，适用于柴油的乳化运输和储存。

【技术实现步骤摘要】
一种可快速破乳的柴油乳状液及其制备方法
本专利技术具体涉及一种可快速破乳的柴油乳状液及其制备方法，属于胶体与界面化学领域。
技术介绍
乳状液是一种或几种液体以液滴的形式分散在另一种不相溶的液体中构成的多相分散体系，外观类似牛奶状。简单乳状液有O/W(水包油)型和W/O(油包水)型。此外还有多重乳状液，即W/O/W或O/W/O型。乳状液广泛应用于民用和工业及
，例如食品、化妆品、药品、农药、乳液聚合、新材料制备以及油品乳化输送等行业。乳状液属于热力学不稳定体系，其不稳定过程包括沉降或乳析、絮凝、聚结以及Ostwald熟化等过程。但乳状液可以通过加入第三组分乳化剂而保持较长期限的动态稳定。常规乳化剂多为表面活性剂或高分子双亲化合物，它们吸附在油/水界面，降低油/水界面张力，形成紧密的、刚性的界面膜，通过静电排斥或位阻排斥作用防止液珠之间发生絮凝和聚结，从而使乳状液稳定。一些双亲性胶体颗粒也是优良的乳化剂，它们吸附在油/水界面形成一层固态吸附膜防止液滴之间的絮凝和聚结。其中Junas颗粒具有类似于表面活性剂的双亲结构，即一端亲水，另一端亲油；而另一类颗粒表面性质几乎均匀一致，它们能够部分被水润湿，部分被油润湿，即在油/水界面的接触角在30～150°之间。由这些具有表面活性的颗粒稳定的乳状液称为Pickering乳状液，它们往往具有优良的稳定性，原因是使这些颗粒从界面上脱附所需的能量比颗粒本身的热能要高数千倍，因此其在油/水界面的吸附被认为几乎是不可逆的。申请人之前开发了一种新型乳状液，并发表于一区文章Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,7738–7742。虽然该乳状液形成的原理非常新奇，但是仍然需要表面活性剂的参与。另外，虽然对大多数乳状液，人们期望它们具有优良的稳定性，但在许多场合，例如乳液聚合、非均相催化、油品乳化输送等场合，人们仅需乳状液保持暂时稳定，在过程结束后或者油品乳液到达目的地后就需要乳状液破乳。虽然乳状液是热力学不稳定体系，但快速破乳对大多数乳状液而言仍是技术难题，尤其是对颗粒稳定的Pickering乳状液。常规的破乳方法可以分为两大类，一类为物理机械法，主要包括电沉降法、超声法、多孔性材料过滤法和加热法等；另一类是物理化学方法，主要包括加入电解质促进絮凝、加入破乳剂取代原有的吸附膜促进乳状液的絮凝和聚结等。一种能实现快速破乳的方法是采用开关性或者刺激-响应性表面活性剂和开关性或者刺激-响应性表面活性颗粒。它们能够通过某种触发机制，在拥有表面活性和丧失表面活性之间可逆转换。当拥有表面活性时，它们能够稳定乳状液，而当其丧失表面活性后，乳状液破乳。响应的触发机制有多种，包括pH、CO2/N2、氧化还原、光照、温度等，还有乳状液具有双重触发机制，如pH-温度、pH-光照、CO2/N2-氧化还原等。不过这些开关性或者刺激-响应性乳化剂的合成或制备有一定的难度。因此，开发一种避免引入表面活性剂且能够快速破乳的乳状液是非常有意义的。
技术实现思路
为了不引入表面活性剂还能制备出稳定的柴油乳状液、且能够实现快速破乳，本专利技术使用低浓度的无机纳米二氧化硅颗粒对柴油进行乳化，制成了稳定的O/W型乳状液，这种新型乳状液不同于Pickering乳状液，其中纳米二氧化颗粒并不吸附于油/水界面，而是分布于连续相水膜中，稳定期可达到半个月以上。这种乳状液可以通过加入高价电解质或者加入微量阳离子型表面活性剂而快速破乳，在油品乳化运输方面具有潜在的应用价值，为柴油的乳化运输提供一个有效的解决方案。本专利技术的第一个目的是提供一种柴油乳状液，所述柴油乳状液是在柴油、水混合体系中加入纳米二氧化硅颗粒即可形成。在本专利技术的一种实施方式中，所述纳米二氧化硅相对于水的质量分数为0.1％～0.5％。在本专利技术的一种实施方式中，所述乳状液中柴油的体积分数为1％到75％。在本专利技术的一种实施方式中，所述柴油是市售车用柴油。本专利技术的第二个目的是提供一种上述柴油乳状液的制备方法，所述方法包括如下步骤：在柴油、水混合体系中加入纳米二氧化硅颗粒，分散、乳化即得O/W型柴油乳状液。在本专利技术的一种实施方式中，所述分散是利用超声进行分散，其中超声的功率为40-60W。在本专利技术的一种实施方式中，所述乳化是利用均质机在10000-15000rpm下均质乳化2-5min。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法具体包括：纳米二氧化硅颗粒与水按照一定质量比进行混合，超声分散，然后向小瓶中加入柴油，均质乳化，即得O/W型柴油乳状液。本专利技术的第三个目的是提供一种上述柴油乳状液的快速破乳方法，所述方法是在上述柴油乳状液中加入阳离子型表面活性剂，其中阳离子型表面活性剂的添加量(以水相为基准)为0.06-0.1mmol/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述阳离子型表面活性剂包括季铵盐、吡啶型铵盐、咪唑啉铵盐，优选地主烷基链长为C12-C18。在本专利技术的一种实施方式中，所述阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。本专利技术的第四个目的是提供一种上述柴油乳状液的快速破乳方法，所述方法是在上述柴油乳状液中加入电解质，其中电解质的添加量(以水相为基准)为0.6-3mmol/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述电解质包括传导离子为Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+的电解质。本专利技术的第五个目的是将上述柴油乳状液应用在柴油输送行业中。在本专利技术的一种实施方式中，将柴油乳化为O/W型乳状液，降低油品运输对所需装备的要求，提高油品运输的安全性，以方便油品的运输；必要时，在运输到目的地后可以采取一定措施使之破乳。在本专利技术的一种实施方式中，所述应用包括当需要破乳时，在乳状液中添加阳离子型表面活性剂或者电解质，混合均匀，即可导致乳状液快速破乳。本专利技术的有益效果本专利技术单独使用二氧化硅纳米颗粒作乳化剂时，在水相中的质量分数仅为0.1％～0.5％。所得乳状液能稳定半月以上。常规乳状液破乳用的表面活性剂的用量在1cmc左右，本专利技术乳状液仅需加入0.1cmc左右的普通阳离子表面活性剂(以水相为基准)或低浓度的高价电解质就能快速完全破乳，缩小至十分之一。由于外加的表面活性剂浓度极低，破乳后在柴油中的残留量可以忽略不计，而水相中残留的表面活性剂和纳米颗粒的浓度也非常低，与采用常规表面活性剂作乳化剂相比，可以大幅度降低表面活性剂的使用量和排放，具有较高的经济效益和环境效益。本专利技术为柴油的乳化运输提供了一个较好的解决方案。附图说明图1纳米二氧化硅颗粒的SEM(a)和TEM(b)图；图2不同浓度的二氧化硅纳米颗粒单独的稳定柴油(7mL)/去离子水(7mL)乳状液的外观照片；A，制备24小时后拍摄；B，制备一周后拍摄；C，制备一个月后拍摄。颗粒浓度(以水相为基准的质量分数)如照片中所示；图3不同浓度的二氧化硅颗粒单独稳定的O/W型柴油乳状液(柴油/去离子水体积比＝1/1)的显微照片；A，制备24小时后拍摄；B，制备一周后拍摄；颗粒浓度(以水相为基准的质量分数，％)如图中所示；图40.5％(相对于水相的质量分数)二氧化硅颗粒单独稳定的O/W型柴油乳状液(柴油/去离子水体积比＝1/1)干化后的显微照片；表明纳米二氧化硅颗粒处于连续相水膜中而不是吸附在油/水界面。图5(A)0.5％纳米二氧化硅颗粒稳定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柴油乳状液，其特征在于，所述柴油乳状液是由柴油、水、纳米二氧化硅颗粒混合形成。

【技术特征摘要】
1.一种柴油乳状液，其特征在于，所述柴油乳状液是由柴油、水、纳米二氧化硅颗粒混合形成。2.根据权利要求1所述的柴油乳状液，其特征在于，所述纳米二氧化硅相对于水的质量分数为0.1％～0.5％。3.根据权利要求1或2所述的柴油乳状液，其特征在于，所述柴油乳状液中柴油的体积分数为1％到75％。4.权利要求1-3任一所述柴油乳状液的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在柴油、水混合体系中加入纳米二氧化硅颗粒，分散、乳化即得O/W型柴油乳状液。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅相对于水的质量分数为0.1％～0.5％。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔正刚，林琪，许茂东，裴晓梅，蒋建中，宋冰蕾，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32