一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用，其中，所述方法包括步骤：通过选用一种拥有巨大的表面积且表面富含羟基基团的化学遮掩物预先与表面含有羟基的磁性纳米颗粒混合形成氢键交互，以此来屏蔽磁性纳米颗粒表面的部分羟基官能团的反应特性，之后再对未发生氢键交互的余下羟基基团进行疏水改性以实现磁性纳米颗粒两面具有截然不同的亲疏水特性的效果。本发明专利技术方法制得的两面性磁响应颗粒具有极强的界面活性，在水包油或者油包水体系中均可高效的运动到油水界面，使微乳液发生表面磁化，进而可通过外加磁场实现微乳液运动方式的改变，使之得以快速聚集和聚合，所述两面性磁响应颗粒还可重复循环利用。

A Dual-sided Magnetic Response Particle and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用
本专利技术涉及破乳剂领域，尤其涉及一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用。
技术介绍
在现有石油工业中，稳定油水乳液的产生基本上是不可避免的。原油中含有的天然表面活性物质如沥青质、双亲性黏土、樟脑酸等可吸附于连续相中的微乳液表面，形成稳定的油水界面。这些具有低表面能和高物理强度的界面可阻碍微乳液之间的聚合，使有水乳液具有极高的稳定性，不易破除。这些稳定乳液一旦进入到炼化过程中则会带来一系列的负面效果。以加拿大油砂工业为例，每年由于水包油乳液造成的管道堵塞以及油包水乳液带来的下级设备盐分腐蚀和催化剂毒化等问题就造成了巨大的经济损失和人员安全隐患。目前用于破除石油工业中的稳定油水乳液的方法可包括吸附法、过滤法，电场聚合法、溶剂萃取法和破乳剂添加等。其中，在微乳液体系中加入破乳剂的做法具有效率高，工艺简单的优势。一般来说破乳剂是一类具有强界面活性的有机物分子或者高分子的单体或其混合物。破乳剂的加入可促使微乳液间形成团聚体或使界面稳定性降低，从而促进微乳液间的聚合。成功的破乳剂需要具备几个关键因素：1.破乳剂的界面活性需高于造成乳液稳定的物质的界面活性，从而可与体系中所含活性物质在界面上形成竞争性吸附；2.在乳液稳定界面已形成的情况下，破乳剂需能够“突刺”入油水界面膜中，使其稳定性降低；3.破乳剂形成的界面膜与乳液中原本活性物质形成的界面膜相比应具有更低的稳定性。目前常用的破乳剂如烷基酚甲醛树脂（AFRA）,聚亚烷基二醇(PAG)、聚氧乙烯-聚丙烯共聚物等活性高聚物往往破乳效果达不到要求，且这类破乳剂具有粘度大的特点，特别是在低温条件下较难分散，需用利用溶剂预先分散再运用，大幅增加处理成本。该类破乳剂的投放往往成本可观，且属于消耗性投入很难实现回收。目前常用的破乳剂在破乳完成后会进入到卤水内，进而被排放至河流或者海洋中。由于大部分常用破乳剂内含有苯酚类官能团，其排放势必造成环境污染。从投入成本，破乳效率、节能减排、环境保护等多方面考虑，新型破乳剂的开发都至关重要。Fe3O4磁性纳米粒子制备简单且有超顺磁性，采用表面活性物质包覆以后可获得具有良好表面活性的磁性颗粒。该类磁性颗粒的强表面活性和磁响应特性可使其稳定吸附于油水界面进而可通过外加磁场来控制界面吸附有该类材料的微乳液的运动，使得微乳液在特定区域聚集并实现相互间的挤压，达到破乳的目的。破乳完成后，材料本征的磁响应特性可使其易于富集和回收，且可再次投入生产，节省药剂投放成本并将大幅降低由于环境排放带来的污染问题。这些功能性磁性材料主要采用在磁性颗粒表面包覆具有表面活性的分子的方法得到,有报道过的这类活性物质分子包括乙基纤维素、十八烯酸、环式糊精、复合共聚物等。专利（CN106497599B）公开了一种表面电荷与亲疏水性可控的pH敏感型磁性破乳剂，该专利公开的破乳剂为表面接枝有表面活性单体与pH敏感单体的共聚物链的磁性粒子，可通过降低pH值来增强磁性粒子疏水性使其吸附到乳化油滴表面，并在外界磁场的作用下迅速分离乳化油滴。总体来说，磁响应性破乳剂在破乳效率和节能减排方面较之于常规破乳剂均有优势，但目前合成磁响应性破乳剂的方法大多需要用到一系列的复杂表面修饰和接枝共聚反应,合成成本高昂且由于步骤繁多，合成环境要求严格，很难在合理的成本控制下进行大规模量产。另一方面，目前报道合成的磁响应性破乳剂多为表面特性均一的颗粒，这使得这类颗粒由于其表面的特性限制只能在一种连续相中分散，进而只能破除油包水乳液或者水包油乳液中的一种，功能广泛性不强。表面特性均一的颗粒的界面稳定性一般较差，在磁场驱动过程中，磁场作用力将使得界面上的磁响应颗粒突然发生运动进而带动乳液随之运动，如果颗粒具有均匀双亲性将会有极大可能造成原本存在于界面的颗粒运动到单一相中，从而失去驱动界面或者乳液的功效。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种两面性磁响应颗粒及其制备方法，旨在解决现有破乳剂破乳效果差、不可重复利用以及应用广泛性不强的问题。本专利技术的技术方案如下：一种两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，包括步骤：提供一种表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒；将所述表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒与化学遮掩物在溶剂中混合，使所述磁性纳米颗粒表面部分羟基基团与所述化学遮掩物发生氢键结合，生成第一中间产物；将所述第一中间产物与疏水改性化合物混合，使所述磁性纳米颗粒表面未与化学遮掩物发生氢键结合的羟基基团与疏水改性化合物发生氢键结合，生成第二中间产物；对所述第二中间产物进行超声和/或加热处理，同时利用外加磁场作用使磁性纳米颗粒与化学遮掩物脱离，回收得到两面性磁响应颗粒。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒选自四氧化三铁、γ-Fe2O3和四氧化三钴中的一种或多种。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述化学遮掩物的表面含有羟基基团，所述磁性颗粒可发生氢键交互的表面积是所述化学遮掩物可发生氢键交互的表面积的100倍以上。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述化学遮掩物选自土豆淀粉、木薯粉、经过弱碱处理的二氧化硅颗粒和经过弱碱处理的黏土颗粒中的一种或多种。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、四氢呋喃和庚烷中的一种或多种。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述疏水改性化合物选自碳原子数为12-30的长链烷胺和硅烷偶联剂中的一种或多种。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述在磁场作用下，对所述第二中间产物进行超声和/或加热处理的步骤中，超声强度为5W/cm3-20W/cm3。所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其中，所述在磁场作用下，对所述第二中间产物进行超声和/或加热处理的步骤中，加热温度为50-120℃。一种两面性磁响应颗粒，其中，采用本专利技术所述制备方法制得。一种两面性磁响应颗粒的应用，其中，将本专利技术所述制备方法制得的两面性磁响应颗粒应用作破乳剂、医药载体、石油开采添加剂、表面改性药剂、浮选药剂或功能化照影剂中的一种。有益效果：本专利技术方法制得的两面性磁响应颗粒具有极强的界面活性，在水包油或者油包水体系中均可高效的运动到油水界面，使微乳液发生表面磁化，进而可通过外加磁场实现微乳液运动方式的改变，使之得以快速聚集和聚合；所述两面性磁响应颗粒还可重复循环利用，用于工业生产后可节约药剂成本，减少污染排放；所述两面性磁响应颗粒的制备原料大多安全无毒，且可回收利用；本专利技术提供的制备方法工艺简单，能耗低廉，可控程度高，适合大规模量化生产。附图说明图1为本专利技术一种两面性磁响应颗粒的制备方法中的较佳实施例的流程图。图2为两面性磁响应颗粒两面亲疏水特性差异证明图。图3为两面性磁响应颗粒界面活性证明图。图4为显示利用两面性磁响应颗粒破除水包油乳液实验效果。图5为显示利用两面性磁响应颗粒破除油包水乳液实验效果。图6为显示水包油乳液破除效率与两面性磁响应破乳剂用量关系示意图。图7为显示两面性磁响应颗粒对油微乳液的尺寸影响结果图。图8为显示两面性磁响应颗粒可循环利用且破乳效果不变的示意图。具体实施方式本专利技术提供一种两面性磁响应颗粒及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两面性磁响应颗粒的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供一种表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒；将所述表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒与化学遮掩物在溶剂中混合，使所述磁性纳米颗粒表面部分羟基基团与所述化学遮掩物发生氢键结合，生成第一中间产物；将所述第一中间产物与疏水改性化合物混合，使所述磁性纳米颗粒表面未与所述化学遮掩物发生氢键结合的羟基基团与疏水改性化合物发生氢键结合，生成第二中间产物；在磁场作用下，对所述第二中间产物进行超声和/或加热处理，同时利用外加磁场作用使所述磁性纳米颗粒与所述化学遮掩物脱离，回收得到两面性磁响应颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种两面性磁响应颗粒的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供一种表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒；将所述表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒与化学遮掩物在溶剂中混合，使所述磁性纳米颗粒表面部分羟基基团与所述化学遮掩物发生氢键结合，生成第一中间产物；将所述第一中间产物与疏水改性化合物混合，使所述磁性纳米颗粒表面未与所述化学遮掩物发生氢键结合的羟基基团与疏水改性化合物发生氢键结合，生成第二中间产物；在磁场作用下，对所述第二中间产物进行超声和/或加热处理，同时利用外加磁场作用使所述磁性纳米颗粒与所述化学遮掩物脱离，回收得到两面性磁响应颗粒。2.根据权利要求1所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其特征在于，所述表面富含羟基基团的磁性纳米颗粒选自四氧化三铁、γ-Fe2O3和四氧化三钴中的一种或多种。3.根据权利要求1所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其特征在于，所述化学遮掩物的表面含有羟基基团，所述磁性颗粒可发生氢键交互的表面积是所述化学遮掩物可发生氢键交互的表面积的100倍以上。4.根据权利要求3所述两面性磁响应颗粒的制备方法，其特征在于，所述化学遮掩物选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政和，杨帆，谢汉杰，卢周广，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44