磁响应性破乳剂的设计制备及其性能研究

The development of oil-water separation in terms of reagent and method is extremely important to many industrial processes, such as the transportation and upgrading of crude oil, and the purfication process of water. Polymers are triditional and widely used demulsifier, but two problems remain in the field of oil-water separation: (1) oil or water cannot be completely seperated; (2) it is hard to recycle and reuse the process water. On the basis of my previous work, this project is aimed at the preparation of a series of novel organic-inorganic composited magneitc nanoparticles via chemially bonding of PEO/PPO copolymers with high interfacial activity onto the superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles by surface chemical reaction. Characterize surface chemistry of these as-synthesized magnetic nanoparticles, study their interfacial activity and demulsification performance, investigate the relationship between surface chemical structure and demulsification efficiency. Further realize the controllability of the separation process by an external magnetic field. At the same time, optimize demulsification process, develop a reasonable method for the regeneration of used magnetic demulsifier, enhance the recyclable and reusable efficiency, strive for a breakthrough in the design and preparation of a magnetic-responsive demulsifier with high effective recycle. It is believed that the project will enrich a new process and method of demulsification, develope a novel high-efficiency demulsifier, further efficiency and reduce operating cost of oil-water separation, gradually realize a green separation process, finally make substantial contribution to achieve a new progress in oil-water separation.

发展高效油水分离试剂和方法对于石油输运、炼制和水的净化等工业过程具有极其重要的意义。针对目前普遍使用的聚合物型破乳剂所存在的油水分离不完全和回收水再利用困难等问题，本课题将在已有工作的基础上，运用表面化学反应技术，将具有高界面活性的PEO/PPO共聚物化学键合到超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒表面，设计制备多个系列磁响应性有机-无机复合纳米颗粒材料，表征这些材料的表面结构，研究其界面活性和破乳效率，考察颗粒表面结构与破乳效率之间的关系。在此基础上，研究外加磁场对破乳过程的可控性。与此同时，优化破乳工艺，寻求破乳剂的循环使用方式，提高破乳剂的循环使用效率，力求在磁响应性破乳剂的设计制备和循环高效使用等方面取得突破。相信这些努力必将有助于丰富破乳新工艺和新方法，发展新型高效破乳剂，提高油水分离效率，降低油水分离成本，逐步实现油水分离过程的绿色化，为油水分离技术的进步作出切实贡献。

按照申请书所提出的研究任务，围绕双亲磁性纳米颗粒的设计合成，其表界面行为和乳化性能以及多相体系的磁性可控展开工作。三年以来，基于以上研究思路，通过表面自由基聚合，调节双亲单体的化学组成和表面聚合度，设计、合成了一系列双亲磁响应Fe3O4纳米颗粒。同时，通过高分辨荧光、Langmuir-trough、接触角等技术对所得双亲磁性纳米颗粒的表界面行为和分子水平作用机理，尤其是不同溶剂中的润湿性，进行了详细的研究，发现双亲磁性纳米颗粒对甲苯/水，庚烷-癸烷/水，和离子液体（BMIM[PF6]和HMIM[PF6]）/水体系有很好的乳化作用，进而形成稳定磁响应性Pickering乳液。截至目前为止，关于离子液体的磁响应Pickering乳液还未见报道。研究结果对于目前广泛应用的离子液体相关的复杂体系分离、靶向传输以及离子液体的回收再利用都有极大的实际意义。同时，实验表明，部分磁响应性纳米颗粒还对Tween80所稳定的常见离子液体乳液表现出很好的破乳性能，可有效加快两相分离，磁响应性破乳剂可以简单回收多次利用。更重要的是，此外利用外磁场可有效控制离子液体液滴的移动，以及通过改变外磁场强度大小可控制液滴的形成和破乳，实现了本项目申请时的设计思想，取得了一定进展和结果。在该基金的资助下，三年来发表SCI源刊收录研究论文5篇，申请中国发明专利3项，培养硕士研究生4名（毕业硕士1名，获得硕士学位）。