浅谈纳米颗粒的破乳研究-技术日志-苏州微流纳米生物技术

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浅谈纳米颗粒的破乳研究

作者:浙江微流纳米生物 日期:2024-07-05 点击:322
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       原油是一种从天然地层水相结合储层中开采出来的非均相混合物,以油包水(W/O)、水包油(O/ W)或多相混合的油水混合乳液形式存在 。为提高石油资源采收率,目前油田主要利用加注水 、注入蒸汽等技术采油,其中添加的水、化学注剂以及本身含有的沥青质等天然表面活性剂在开采运输过程中剧烈混合,使原油乳状液的成分更加复杂、动力学状态更加稳定 。在加工和精制过程中,原油乳状 液含有的杂质和过量的水会增加设备的负载,例如油水两相的剧烈湍动破坏管道设备,水相中存在的卤素离子电离腐蚀阀门及管道等金属表面,含水量 过高导致管道结垢,从而缩短设备寿命,增加生产成本,同时增加下游产品加工难度,未处理达标的排放废料也会对环境产生破坏,为此原油乳状液必须进行破乳分离。此外,其他化学工业与生活所产生的污水、含油废水等在排放前也需要进行破乳,以期降低油含量,减少污染。

       目前破乳方法主要有 3 类:生物破乳法、物理破乳法与化学破乳法。生物破乳法高效且环保,已经成为破乳研究的热点之一,但由于目前对生物破乳剂中的有效成分认识不足,仅了解到有效破乳物质为微生物细胞和发酵培养液等表面活性物质,对于实际破乳反应机理没有形成系统化研究,关于产业化的生产应用需要更深入的探索;相对而言,物理破乳法形式多、种类全,但其工业应用及许多理论技术等问题还未得到解决,例如电破乳处理高含水原油时,由于两电极间已产生导通电流,无法建立稳定电场;超声破乳技术虽然使用范围广,但由于设备不够成熟稳定,工业化程度不高;化学破乳法主要是通过化学剂来改变水油的界面性质或者界面膜的强度, 从而达到破乳,大部分以高分子聚醚为主要成分,也通过与其他试剂复配来适应各种不同复杂程度的乳液。化学破乳法是目前最常用和最成熟的破乳方法。但是,目前市场已有的化学破乳剂针对性较强, 难以满足越来越复杂的破乳情况和普适性破乳的需求;此外,化学破乳剂一般含有难降解物质,在对人体产生危害的同时也会对环境造成不可逆的破坏。 因此,开发普适性强、破乳效率高、环境友好可回收的破乳剂势在必行。

NPs破乳机理

       传统的化学破乳剂主要是通过化学有效成分降 低油水界面能并使油水两相界面膜变薄,在破坏油水界面膜后液滴发生聚集,从而达到油水分离的目的。与已有化学破乳剂的改头、换尾、加骨、调重、复配路线不同,NPs 主要是利用其活性位点多、可修饰性强、高表面能以及材料可控制备的特性,通过放大颗粒特性优点,例如磁性、吸附性、自组装性来进行破乳并优化破乳效果,关于 NPs 在破乳的应用由 B. P.Binks 和 S.O.Lumsdon两人率先展开。他们发现在改变纳米 SiO2颗粒的润湿性后,颗粒对乳液的稳定性产生了破坏,发生破乳行为。

       磁性纳米粒子(Magnetic nanoparticles, MNPs) 破乳机理如图 1 所示。MNPs 通过界面接枝嵌段或包覆材料,例如油酸、石墨烯以及生物破乳菌等,在 油水界面发生吸附行为并形成多种排布结构来破坏两相界面;其中可通过对 MNPs 的界面调控来控制破乳对象为 W/O 还是 O/W。MNPs 在破乳后能够通过磁场作用对其进行回收或循环再破乳,使其在降低破乳成本的同时还可以降低其在油相或水相的混合。

MNPs破乳机理


        MNPs 破乳的主要机理有:(1)在酸性和中性条件下,静电相互作用是破乳的主要机制;MNPs 通过静电吸引作用能有效絮凝油滴,促进磁分离而发生破乳。(2)在碱性条件下,主要机理是疏水相互作用; MNPs 可以克服静电斥力,通过疏水相互作用被吸 附到油滴表面,在磁场作用下发生破乳。

        非磁性 NPs 纳米颗粒破乳机理如图 2 所示,非磁性纳米颗粒主要通过破乳剂与纳米颗粒的结合,利用改性后的纳米粒子打开油包水的外部油层结构,穿过乳化层,与水分子结合后破坏界面从而发生破乳。

非磁性NPs破乳机理

       NPs 参与破乳的主要机理为:(1)NPs 与破乳剂形成微网络容纳石蜡沥青等微晶,阻止其成网,降低原油黏度与凝固点,从而促进破乳。(2)NPs 提高破乳剂的渗透效应和亲水性以增强破乳效果。(3)NPs 破乳剂与沥青树脂等直接发生反应,降低其油水界 面膜的稳定,加速界面膜破裂。(4)NPs 接枝破乳剂, 由亲水端与油水界面膜的乳化剂分子发生替换,从而破坏界面膜实现破乳。与传统化学破乳剂相比, NPs 参与破乳后明显提高破乳质量、破乳效率以及破乳范围,对环境也更加友好 。

微射流高压均质机

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                                                                                                                           CHEN240705M