[发明专利]基于磁性Janus颗粒的油水分离方法

说明书

本发明涉及一种基于磁性Janus颗粒的油水分离方法。本发明的油水分离方法包括以下步骤：a)将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机在13000～20000r/min下乳化或者使用高速搅拌机在300～5000r/min下乳化，形成包括连续相和由所述磁性Janus颗粒稳定的分散相的乳液体系，其中每个所述磁性Janus颗粒同时具有亲水性部分和疏水性部分；b)向所述乳液体系施加外部磁场A，使得所述分散相聚集，以将所述乳液体系形成为具有富集有所述分散相的富集乳液部分和不含所述分散相的液体部分，进而将所述富集乳液部分和所述液体部分分离。

技术领域

本发明涉及油水分离方法，特别是涉及基于磁性Janus颗粒作为固体颗粒乳化剂的油水分离方法。

背景技术

在石油工业(石油开采、石油炼制及石油化工等)、机械工业、纺织工业、化妆品制造业、餐饮业或食品工业等工业领域中或者在水体保护领域中，通常会出现油物质和水体混合的情况。尤其是，由于油水混合物有时存在能起到乳化剂的作用的物质(使两种或两种以上互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的一类化合物)时，油水混合物中会存在乳状液，甚至油水混合物整体为乳状液。在乳状液中，分散相以微滴(微米级)的形式分散在连续相中。乳化剂降低了混合体系中各组分的界面张力，并在微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表面形成双电层，阻止微滴彼此聚集，从而使乳状液保持均匀。在此情况下，油相和水相难以彻底分离，极大地提高了油水分离的难度，限制乳化体系在萃取、分离、三次采油等方面应用，也会导致环境污染和资源浪费。

对此，传统油水分离方法的基本原理是尽可能破坏油水混合物中的乳状液或者近似乳状液的界面稳定性，实现油水两相的宏观分层，再进行分离。例如气浮、离心、添加破乳剂等方法。但现有方法普遍存在分离效率低、分离时间长、费用昂贵、易造成二次污染、不能重复循环利用、水不能达标排放和资源浪费等缺点。其中最关键的问题是乳化剂稳定的液滴难以快速聚并形成大尺寸的油相。

现有技术中公开了采用吸附材料进行油水分离的技术。例如，专利文献1公开了一种超疏水磁性PS/SiO₂油水分离材料，其以四氧化三铁为磁核，以PS为内壳，超疏水SiO₂为外壳。该油水分离材料对于含油废水中的油具有吸附作用，可达到90％的水平。然而，该类技术的吸油能力有限并且依赖于待处理的含油废水的组成；并且吸附了油的吸附材料通常需要特定的脱吸附过程，导致油水分离方法复杂化。

另外，现有技术中还公开了利用固体乳化剂的Pickering乳液的油水分离技术。例如，非专利文献1中公开了基于P(NIPAM-co-AA)的磁性颗粒作为固体乳化剂用于油水分离的技术。然而，从该文献中公开的照片中可见，虽然该类固体乳化剂可产生油水分离的效果，但是该效果并不能达到理想水平。

一侧亲水、一侧亲油的Janus颗粒具有类似小分子表面活性剂的两亲性，能够作为一种固体乳化剂，稳定油水界面形成稳定的乳液。作为一种特殊的表面活性剂，具有双亲性的Janus颗粒兼具Pickering效应与降低表面张力的能力。此外，颗粒两边常常具有不同的润湿性，可以显著增强其乳化能力和乳液稳定性。当把Janus颗粒加入到乳液中时，Janus颗粒可以替代乳液表面的乳化剂分子，从而也参与油水界面的稳定。同时，将顺磁性组成复合到Janus颗粒中，能够得到磁性的Janus颗粒，成为一种新型的可磁回收固体乳化剂，能够通过外加磁场富集。可磁回收固体乳化剂一方面能够稳定油水界面形成稳定的乳液体系；另一方面能够将其稳定的乳液液滴通过外加磁场富集，实现乳液体系的油水两相的分离。该分离过程无需破乳，分离过程速度快、分离效果彻底。并且，磁性的Janus颗粒能够回收并循环使用，降低成本并避免对环境的污染。

例如，专利文献2中制备了磁性Janus颗粒并且将磁性Janus颗粒用于油水分离。然而，该专利文献2中的油水分离效果依然难以达到理想的效果，并未对油水分离技术进行深入研究。

可见，对于建立能够简便且高效地进行油水分离的技术，依然存在改善的空间。