一种高效低能耗的膜乳化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高效低能耗的膜乳化系统，包括液基多孔膜单元、分散相通道和连续相腔室，液基多孔膜单元设于分散相通道和连续相腔室的连通路径中；液基多孔膜单元包括功能液体和多孔膜，且功能液体至少部分浸润多孔膜，分散相液体在由分散相通道通过液基多孔膜单元进入连续相腔室的过程中与所述液基多孔膜单元之间形成液‑液界面。本发明专利技术还公开了其乳化方法。本发明专利技术能够显著提升乳化质量，降低能耗，具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种高效低能耗的膜乳化系统及方法
本专利技术涉及膜乳化
，具体涉及一种高效低能耗的膜乳化系统及方法。
技术介绍
乳化技术在食品、日化、石油、涂料、工业清洗等领域都具有重要的应用价值，例如冰淇淋、人造奶油、化妆品、油田驱替等都需要乳化技术。目前，所报道的乳化技术有依靠机械搅拌法、超声分散乳化技术、高压均质技术、微流控液滴技术、膜乳化技术等乳化方法。机械搅拌法因操作简单是工厂中最常用的乳化技术，但其制备所得的乳状液液滴粒径通常不均一，且不能通过搅拌参数的设定来调控乳状液粒径的大小。超声分散乳化技术和高压均质技术则需要消耗大量的能量并且会有噪音污染，一般只用于实验室内小规模制备乳状液。微流控液滴技术虽然能够制备粒径均一的乳状液，但需要特殊的芯片设计和精确的进样设备，制备效率较低，不适用于大规模工业生产要求。膜乳化技术是近期发展的一种新乳化方法，虽然相较于前几种乳化技术其操作条件更加温和，但其对于膜材料的选择具有较多的限制。除此之外，目前的报道膜乳化技术对乳状液的制备类型有限制。如亲水性膜只能用于制备O/W(水包油)型乳状液，而疏水性膜只能用于制备W/O(油包水)型乳状液。为制备均一的乳状液在分散相液体通过膜孔的过程需额外的能量输入例如搅拌等操作，不符合当前绿色可持续发展的理念。因此，开发新型、高效、节能且普适的膜乳化技术，将对膜乳化技术的工业化应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有乳化技术中的不足，提供一种高效低能耗的膜乳化系统及方法。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种高效低能耗的膜乳化系统，包括液基多孔膜单元、分散相通道和连续相腔室，液基多孔膜单元设于分散相通道和连续相腔室的连通路径中；液基多孔膜单元包括功能液体和多孔膜，且功能液体至少部分浸润多孔膜，其中所述功能液体与分散相液体和连续相液体均不互溶，所述多孔膜为亲水材料或疏水材料；分散相液体在由分散相通道通过液基多孔膜单元进入连续相腔室的过程中与所述液基多孔膜单元之间形成液-液界面。可选的，所述多孔膜的孔径为0.1μm～100μm。可选的，所述多孔膜包括尼龙多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜、聚四氟乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、多孔玻璃膜、多孔硅膜、和例如铜网等金属多孔膜。可选的，所述功能液体为油基液体。可选的，所述功能液体是全氟聚醚润滑油。可选的，所述功能液体对多孔膜的浸润性强于所述分散相液体对多孔膜的浸润性。可选的，所述分散相液体或连续相液体中分散有表面活性剂，所述表面活性剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型包括和两性型表面活性剂。可选的，还包括主体，所述主体包括两个夹持件和密封材料，两夹持件通过密封材料配合形成用于容纳所述液基多孔膜单元的腔体，所述分散相通道和连续相腔室分别连通所述腔体。一种基于高效低能耗的膜乳化系统的乳化方法，是将液基多孔膜单元装设于分散相通道和连续相腔室的连通路径中；使表面活性剂分布于连续相液体或分散相液体中；将连续相液体装入连续相腔室内；采用一压力驱动分散相液体由分散相通道通过液基多孔膜单元形成分散相液滴后进入连续相腔室。可选的，所述分散相液体在所述分散相通道中的流速为0.1～5ml/min。可选的，所述分散相液体和连续相液体包括但不限于水、甲醇、乙醇、烷烃、橄榄油、大豆油、甲苯、二氯甲烷等水相及油相液体。本专利技术提供一种膜乳化系统和方法，利用功能液体浸润多孔膜能够降低分散相液体通过膜临界阈值压强进而降低能耗；并且当分散相通过液基多孔膜单元时，会形成功能液体的薄层通道，该薄层通道阻碍了流动相与多孔膜表面的接触，赋予多孔膜材料基底优异的抗污性能。传统膜乳化技术一般需要伴随搅拌进行，在本专利技术中，分散相通过液基多孔膜单元能够直接与流动相形成乳状液，无需搅拌，避免噪音产生，进一步简化设备、降低能耗。目前报道的膜乳化技术由于膜材料的限制对乳状液的制备类型有限制，如亲水膜只能制备O/W型乳状液，而疏水膜只能制备W/O型乳状液。针对这些膜乳化方法的问题，本专利技术提供了一种普适性的膜乳化技术，亲水膜和疏水膜均可用于制备O/W型乳状液和W/O型乳状液。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术的膜乳化技术涉及的浸润功能液体的多孔膜系统，能够显著降低分散相液体过膜压强阈值，从而降低能耗。2.本专利技术中分散相通过液基多孔膜单元而不直接与多孔膜接触，具有抗污染的优点。3.本专利技术中分散相通过液基多孔膜单元能够直接与连续相形成乳状液，过程简单，无需搅拌，避免噪音产生，具有无噪音、低能耗、设备精简的优点。4.本专利技术中浸润功能液体的多孔膜能够有效提升乳化的质量和效果。5.本专利技术对膜材料的选择无限制，膜乳化技术具有普适性。6.分散相液体、连续相液体、功能液体和多孔膜能够根据不同乳化需求进行选择，适用性广。附图说明图1为本专利技术实施例的乳化装置示意图；图2为本专利技术实施例的乳化技术原理图；图3为实施例2的功能液体K103浸润的尼龙膜和尼龙膜制备乳状液的外观照片；图4为实施例2的功能液体K103浸润的尼龙膜和尼龙膜制备乳状液的压强阈值的对比图；图5为实施例4的功能液体K100、K103、K107浸润尼龙膜制备乳状液的压强阈值的对比图；图6为实施例4的功能液体K100、K103、K107浸润尼龙膜制备乳状液的光学显微照片；图7为实施例5的不同孔径液基多孔尼龙膜制备乳状液的光学显微照片；图8为实施例6的功能液体K100浸润的疏水PVDF膜和PVDF膜制备乳状液的外观照片。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。实施例的一种高效低能耗的膜乳化系统在使用时需遵循如图1所示的乳化装置为基础。本专利技术的装置主要包括液基多孔膜单元1、主体5、分散相通道6和连续相腔室7。液基多孔膜单元1包括功能液体11和多孔膜12，且功能液体11至少部分浸润多孔膜12。主体5包括两夹持件51和密封材料52，密封材料52配合两夹持件51连接的部分实现密封效果，形成用于容纳液基多孔膜单元1的腔体。液基多孔膜单元1设于分散相通道6和连续相腔室7的连通路径中并通过两夹持件51实现分散相通道6和连续相腔室7的密封连接，即液基多孔膜单元1位于腔体内，液基多孔膜单元1连接着分散相通道6和连续相腔室7。功能液体11与分散相液体和连续相液体均不互溶。多孔膜可以是亲水材料或疏水材料。本专利技术的乳化原理如图2所示，功能液体11浸润所述多孔膜12且两者配合形成稳定的液基多孔膜单元1。在一定压力下，分散相液体3由分散相通道6通过液基多孔膜单元1分散成微小液滴后进入连续相液体4中，由于表面活性剂分子的吸附作用，在分散相-连续相界面形成乳状液。其中分散相液体3进入连续相腔室7的过程中与所述液基多孔膜单元1之间形成液-液界面。基于上述乳化系统的乳化方法，包括以下步骤：1)选择功能液体，使功能液体至少能够部分浸润亲水型或疏水型多孔膜，且与分散相、连续相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：/n包括液基多孔膜单元、分散相通道和连续相腔室，液基多孔膜单元设于分散相通道和连续相腔室的连通路径中；/n液基多孔膜单元包括功能液体和多孔膜，且功能液体至少部分浸润多孔膜，其中所述功能液体与分散相液体和连续相液体均不互溶，所述多孔膜为亲水多孔膜材料或疏水多孔膜材料；分散相液体在由分散相通道通过液基多孔膜单元进入连续相腔室的过程中与所述液基多孔膜单元之间形成液-液界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：
包括液基多孔膜单元、分散相通道和连续相腔室，液基多孔膜单元设于分散相通道和连续相腔室的连通路径中；
液基多孔膜单元包括功能液体和多孔膜，且功能液体至少部分浸润多孔膜，其中所述功能液体与分散相液体和连续相液体均不互溶，所述多孔膜为亲水多孔膜材料或疏水多孔膜材料；分散相液体在由分散相通道通过液基多孔膜单元进入连续相腔室的过程中与所述液基多孔膜单元之间形成液-液界面。


2.根据权利要求1所述的高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：所述多孔膜的孔径为0.1μm～100μm。


3.根据权利要求1所述的高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：所述多孔膜包括尼龙多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜、聚四氟乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、多孔玻璃膜、多孔硅膜、和金属多孔膜。


4.根据权利要求1所述的高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：所述功能液体为油基液体。


5.根据权利要求4所述的高效低能耗的膜乳化系统，其特征在于：所述功能液体是全氟聚醚润滑油。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，余诗洁，樊漪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35