[发明专利]采用磁性纳米粒子修饰破乳菌用于强化乳状液破乳的方法

说明书

技术领域

本发明属于油田化学领域，尤其是涉及一种采用磁性纳米粒子修饰破乳菌用于强化乳状液破乳的方法。

背景技术

原油开采、机械零件清洗等会产生大量的乳状液以及乳状液废水，对乳状液的破乳是其后续产品加工或水处理的前提。目前常见的破乳方式以投加聚氧乙烯、聚醚等化学破乳剂为主，此类化学破乳剂属难降解有机物，随分离出的废水排放到环境中会引起环境污染。而近年来发展迅速的生物破乳剂虽具有高效低毒、可生物降解、能在极端条件下发挥活性等优点，但存在其生产成本较高、破乳速率较化学破乳剂低、残留于脱出水相导致水相质量差及无法有效回收等问题。因此开发高效、易于回收并能重复使用的破乳剂成为了亟需解决的问题。

将具有磁响应的磁性纳米粒子与破乳剂结合，在外加磁场的作用下加快液滴聚集聚并而从连续相中分离出来；简单方便地回收破乳剂，显著降低成本。目前已有将化学破乳剂分子结合到磁性纳米粒子上，以强化破乳效果和回收化学破乳剂的报道。2012年，University of Alberta的研究者首次将化学破乳剂乙基纤维素修饰在磁性纳米粒子上，在外磁场作用下提高了W/O型原油乳状液(含水率为5％)的破乳速率，并可回收再破乳。随后，国内有研究者将聚醚类化学破乳剂5010修饰在磁性纳米粒子上，实现对O/W乳状液(含油量0.1％)破乳效果的提高，并可回收破乳剂。

纵观国内外相关领域的研究进展，目前利用磁性纳米粒子强化乳状液破乳的研究局限在将分子态的化学破乳剂修饰在磁性纳米粒子上。已经报道的利用磁响应破乳的对象都属于低分散相乳状液，分散相比例小于5％。

发明内容

针对目前生物破乳菌破乳速率比较慢，脱出水相质量差的问题，本发明提供一种采用磁性纳米粒子修饰破乳菌用于强化乳状液破乳的方法。本方法将磁性纳米粒子与破乳菌结合，在外加磁场作用下强化破乳菌的破乳速率和提高破乳质量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用磁性纳米粒子修饰破乳菌用于强化乳状液破乳的方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备并修饰磁性纳米粒子；

(2)培养生物破乳菌；

(3)将磁性纳米粒子结合在破乳菌表面，得到磁性破乳菌；

(4)磁性破乳菌在外磁场作用下对乳状液进行破乳。

步骤(1)中，所述磁性纳米粒子选自下述至少一种：四氧化三铁纳米粒子(M-Fe₃O₄)、三氧化二铁纳米粒子(M-Fe₂O₃)、表面修饰氨基官能团的四氧化三铁纳米粒子(M-Fe₃O₄@NH₂)、表面修饰万古霉素的四氧化三铁纳米粒子(M-Fe₃O₄@Van)、表面修饰甘氨酸的四氧化三铁纳米粒子(M-Fe₃O₄@Gly)、表面修饰油酸的四氧化三铁纳米粒子(M-Fe₃O₄@OA)。

所述磁性纳米粒子的粒径为5～20nm。

步骤(2)所述生物破乳菌为细胞具有破乳活性的产碱杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、微球菌或红球菌。

步骤(3)中，将磁性纳米粒子结合在破乳菌表面采用涡旋振荡实现，震荡转速为500rpm～2500rpm、震荡时间为5s～90s。

步骤(3)中，所述磁性纳米粒子为四氧化三铁纳米粒子时，四氧化三铁纳米粒子与生物破乳菌的质量比为0.05:1～1:1，所述磁性纳米粒子为表面修饰氨基的四氧化三铁纳米粒子时，表面修饰氨基的四氧化三铁纳米粒子与生物破乳菌的质量比为0.01:1～1:1。

步骤(4)中，磁性破乳菌在乳状液中的浓度在500～1000mg/L之间，破乳时间为2～6h。

步骤(4)中，在破乳管周围外加磁场，具体为底部或侧面加磁场，加磁场的时间为磁性破乳菌在乳状液中预混1h后。

本发明首次提出将磁性纳米粒子修饰在微米尺寸的破乳菌表面用于强化其破乳效能。本发明考察磁响应破乳菌破乳效能针对的W/O乳状液分散相比例高达到60％。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点和有益效果：

1、磁性纳米粒子修饰到破乳菌表面，改变了菌体表面性质，可以强化乳状液破乳效果。

2、磁性破乳菌在外磁场作用下可加快乳状液液滴沉降的速度，缩短相分离的时间，提高破乳速率。