可同时实现O/W与W/O乳液高效油水分离的磁性破乳剂的制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及可同时实现O/W与W/O乳液高效油水分离的磁性破乳剂的制备方法与应用。该方法通过水解缩合反应同时将烷基硅烷与氨基硅烷锚定在Fe

【技术实现步骤摘要】
可同时实现O/W与W/O乳液高效油水分离的磁性破乳剂的制备方法与应用
本专利技术涉及合成一种在水相与油相均能良好分散的，具有阳离子特性且界面活性优异的磁性纳米破乳剂，具体涉及一种可同时实现“油包水”乳液(W/O乳液)与“水包油”乳液(O/W乳液)高效油水分离的氨基硅烷与烷基硅烷混合修饰的磁性纳米粒子的制备与应用。
技术介绍
随着石油开采、储运与加工的不断推进，以及机械与食品加工等行业的不断发展，产生了大量W/O乳液与O/W乳液。W/O乳液中的水分盐分会增加泵、管线及贮罐的负荷，引起金属表面腐蚀和结垢，甚至造成油类物质后续加工过程中的催化剂中毒。而O/W乳液的排放不仅会造成油类资源的浪费，还会造成严重的环境污染。因此，从资源有效利用与环境保护角度出发，对O/W乳液与W/O乳液进行高效油水分离均具有重大意义。由于表面活性物质的存在，乳化油滴或水滴十分稳定。为分离乳化油滴或水滴，工业上通常会投加各种的化学破乳剂或絮凝剂，从而改变油水界面性质，促进油滴或水滴聚并而实现油水分离；但是该过程耗时较长，破乳效率较低。近些年来，许多学者报道具有“超亲水/水下超疏油”特性的过滤材料(滤膜、网格、织物、海绵)可有效分离水体中的乳化油滴，而具有“超疏水/超亲油”特性的过滤材料可有效分离油相中的乳化水滴，但这些过滤材料在实际应用中仍存在能耗高、易被污染、效果不可持久等缺陷。Fe3O4磁性纳米粒子制备简单，表面易修饰，分离工艺简单灵活，因此在乳化油水分离中的应用前景十分广泛。目前磁性纳米材料在乳化油水分离的应用主要包括以下两方面：(1)在O/W乳液中油水分离的应用：采用油酸(Energy&Fuels,2014,28,6172-6178，CN102390880A，CN108421533A)、反相破乳剂(CN103553181A)、聚乙烯吡咯烷酮(EnvironmentalScience&Technology,2015,49,11729-11736)、壳聚糖(CN105950211A)、聚N-异丙基丙烯酰胺(ACSAppliedMaterials&Interfaces,2014,6,13334-13338)、烷基硅氧烷(CN109096499A，CN105498696A)、氨基化合物(CN109350998A，CN104140141A，AppliedSurfaceScience,2017,396:1604-1612)对磁性粒子进行表面修饰。所得粒子在水中有良好的分散性，并可从水相迁移到油滴表面，进而在磁场驱动下实现O/W乳液的油水分离。(2)在W/O乳液中油水分离的应用：采用乙基纤维素(Energy&Fuels,2018,32,8078-8089，CN105817057A)、烷基硅氧烷(ChemPhysChem,2015,16,595-600，CN104073287A)对磁性粒子进行表面修饰，所得粒子在油相有良好的分散性，并可从油相迁移到水滴表面，同样在磁场作用下实现了W/O乳液的快速破乳脱水。一般而言，鉴于大多数乳化油滴的疏水性与表面负电荷特性，为实现O/W乳液的油水分离，磁性粒子应具有较强亲水性的同时带有一定的疏水性，或者带有表面正电荷，从而使磁性粒子能良好地分散于水中，并在疏水作用或静电吸引作用的推动下从水相迁移到油滴表面，进而实现乳化油滴的分离。反之，为实现W/O乳液的油水分离，因此磁性粒子在具备较强亲油性的同时具有一定的亲水性，才能使粒子均匀地分散于油相中并迁移到油水界面上，从而实现乳化水滴的分离。在先前研究中，烷基硅氧烷修饰的磁性粒子似乎可对两类乳液进行油水分离，但其中的内涵有显著区别。烷基硅氧烷用量较少时(CN109096499A，CN105498696A)，烷基修饰的粒子亲水性较强，水相分散性好而油相分散性差，适用于O/W乳液的油水分离；而烷基硅氧烷用量较大时(CN104073287A)，烷基修饰的磁性粒子亲油性较强，油相分散性好而水相分散性差，适用于W/O乳液的油水分离。氨基修饰的磁性粒子(CN109350998A，CN104140141A，AppliedSurfaceScience,2017,396:1604-1612)具有表面正电荷，静电吸引在O/W乳液的油水分离过程中起到了很重要的作用，但氨基亲水性较强，因此并不适合W/O乳液的油水分离。综上所述，目前报道的磁性纳米粒子只能针对一种乳液进行油水分离，而关于制备一种磁性粒子可同时实现O/W乳液与W/O乳液高效油水分离的报道几乎没有。而要同时实现O/W乳液与W/O乳液的高效油水分离，磁性粒子的首要条件是要具备优异的界面活性。通过单纯的烷基硅氧烷锚定密度调节可能也可达到一定的界面活性，但其调控窗口十分狭窄；目前，氨基硅氧烷修饰则主要是赋予粒子表面氨基官能团，进而使粒子拥有正电荷，或者在粒子表面氨基的基础上进一步接枝修饰从而表现出良好的界面活性(CN104370333A，CN109251741A，CN107141429A，CN107417922A)，而采用氨基硅氧烷配合烷基硅氧烷修饰调控粒子界面活性的研究仍未见报道。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有磁性纳米粒子在乳化油水分离领域的不足，本专利技术通过水解缩合反应在Fe3O4@SiO2纳米粒子表面同时引入疏水的烷基硅烷和相对亲水的具有阳离子特性的氨基硅烷，构建一种在水相与油相均能良好分散的，具有阳离子特性且界面活性优异的磁性纳米粒子，以便于同时实现O/W乳液与W/O乳液的高效油水分离。为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种在水相与油相均能良好分散的，具有阳离子特性且界面活性优异的磁性纳米粒子的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)调节醇水混合溶液的pH，控制pH值在3-12的区间，醇水混合溶液中的水质量分数占0-40％。(2)将Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子在惰性气体保护下分散到步骤(1)中的醇水混合溶液中，随后加入一定量的氨基硅氧烷与烷基硅氧烷，通过水解缩合反应促使氨基硅氧烷与烷基硅氧烷同时锚定在Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子表面，得到水相与油相分散性均良好的，具有阳离子特性且界面活性优异的磁性纳米破乳剂。进一步，上述的制备方法步骤(2)中，所述烷基硅氧烷为分子结构式A中的一种，所述氨基硅氧烷为分子结构式BCD中的任意一种：结构式ABCD中R为CH3或C2H5，n值为3-17。上述的制备方法步骤(2)中，为保证磁性纳米破乳剂优异的界面活性以及在水相油相良好的分散性，其中硅氧烷总量占Fe3O4@SiO2磁性粒子质量的8-40％，烷基硅氧烷与氨基硅氧烷的摩尔比例在1:3-3:1之间；随着烷基硅烷中烷基链长的增加，氨基硅烷的用量比例应相应增加进而提高氨基硅烷的锚定密度。上述的制备方法步骤(2)中，反应温度控制在20-80℃，反应时间为2-48h。上述的制备方法步骤(1)中，醇溶剂可选用甲醇、乙醇、异丙醇或者正丙醇，本专利技术优先选择乙醇。上述的制备方法步骤(1)中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可同时实现O/W与W/O乳液高效油水分离的磁性破乳剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n(1)调节醇水混合溶液的pH，控制pH值在3-12；醇水混合溶液中的水质量分数占0-40％；/n(2)将Fe

【技术特征摘要】
1.可同时实现O/W与W/O乳液高效油水分离的磁性破乳剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)调节醇水混合溶液的pH，控制pH值在3-12；醇水混合溶液中的水质量分数占0-40％；
(2)将Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子在惰性气体保护下分散到步骤(1)中的醇水混合溶液中，随后加入一定量的氨基硅氧烷与烷基硅氧烷，通过水解缩合反应促使氨基硅氧烷与烷基硅氧烷同时锚定在Fe3O4@SiO2磁性纳米粒子表面，得到水相与油相分散性均良好的，具有阳离子特性且界面活性优异的磁性纳米破乳剂；
上述烷基硅氧烷与氨基硅氧烷的摩尔比控制在1:3-3:1；
上述烷基硅氧烷的分子结构式为式A，氨基硅氧烷的分子结构式为式B、C、D中的任意一种：



其中R为CH3或C2H5，n值为3-17。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于烷基硅氧烷与氨基硅氧烷的总量占Fe3O4@SiO2粒子质量的8-40％。


3.根据权利要求1-2任一所述的制备方法，其特征在于步骤二水解缩合反应温度为20-80℃，反应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕挺，吴艳，张栋，赵红挺，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33