[發明專利]一種兩面性磁響應顆粒及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910314628.1
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110105978B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 徐政和;楊帆;謝漢杰;盧周廣
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C10G33/04
• 分類號: C10G33/04;B01D17/05
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文

本發明公開了一種兩面性磁響應顆粒及其制備方法與應用，其中，所述方法包括步驟：通過選用一種擁有巨大的表面積且表面富含羥基基團的化學遮掩物預先與表面含有羥基的磁性納米顆粒混合形成氫鍵交互，以此來屏蔽磁性納米顆粒表面的部分羥基官能團的反應特性，之后再對未發生氫鍵交互的余下羥基基團進行疏水改性以實現磁性納米顆粒兩面具有截然不同的親疏水特性的效果。本發明方法制得的兩面性磁響應顆粒具有極強的界面活性，在水包油或者油包水體系中均可高效的運動到油水界面，使微乳液發生表面磁化，進而可通過外加磁場實現微乳液運動方式的改變，使之得以快速聚集和聚合，所述兩面性磁響應顆粒還可重復循環利用。

技術領域

本發明涉及破乳劑領域，尤其涉及一種兩面性磁響應顆粒及其制備方法與應用。

背景技術

在現有石油工業中，穩定油水乳液的產生基本上是不可避免的。原油中含有的天然表面活性物質如瀝青質、雙親性黏土、樟腦酸等可吸附于連續相中的微乳液表面，形成穩定的油水界面。這些具有低表面能和高物理強度的界面可阻礙微乳液之間的聚合，使有水乳液具有極高的穩定性，不易破除。這些穩定乳液一旦進入到煉化過程中則會帶來一系列的負面效果。以加拿大油砂工業為例，每年由于水包油乳液造成的管道堵塞以及油包水乳液帶來的下級設備鹽分腐蝕和催化劑毒化等問題就造成了巨大的經濟損失和人員安全隱患。

目前用于破除石油工業中的穩定油水乳液的方法可包括吸附法、過濾法，電場聚合法、溶劑萃取法和破乳劑添加等。其中，在微乳液體系中加入破乳劑的做法具有效率高，工藝簡單的優勢。一般來說破乳劑是一類具有強界面活性的有機物分子或者高分子的單體或其混合物。 破乳劑的加入可促使微乳液間形成團聚體或使界面穩定性降低，從而促進微乳液間的聚合。成功的破乳劑需要具備幾個關鍵因素：1.破乳劑的界面活性需高于造成乳液穩定的物質的界面活性，從而可與體系中所含活性物質在界面上形成競爭性吸附；2.在乳液穩定界面已形成的情況下，破乳劑需能夠“突刺”入油水界面膜中，使其穩定性降低；3.破乳劑形成的界面膜與乳液中原本活性物質形成的界面膜相比應具有更低的穩定性。

目前常用的破乳劑如烷基酚甲醛樹脂（AFRA）, 聚亞烷基二醇(PAG)、聚氧乙烯-聚丙烯共聚物等活性高聚物往往破乳效果達不到要求，且這類破乳劑具有粘度大的特點，特別是在低溫條件下較難分散，需用利用溶劑預先分散再運用，大幅增加處理成本。該類破乳劑的投放往往成本可觀，且屬于消耗性投入很難實現回收。目前常用的破乳劑在破乳完成后會進入到鹵水內，進而被排放至河流或者海洋中。由于大部分常用破乳劑內含有苯酚類官能團，其排放勢必造成環境污染。從投入成本，破乳效率、節能減排、環境保護等多方面考慮，新型破乳劑的開發都至關重要。

Fe₃O₄磁性納米粒子制備簡單且有超順磁性，采用表面活性物質包覆以后可獲得具有良好表面活性的磁性顆粒。該類磁性顆粒的強表面活性和磁響應特性可使其穩定吸附于油水界面進而可通過外加磁場來控制界面吸附有該類材料的微乳液的運動，使得微乳液在特定區域聚集并實現相互間的擠壓，達到破乳的目的。破乳完成后，材料本征的磁響應特性可使其易于富集和回收，且可再次投入生產，節省藥劑投放成本并將大幅降低由于環境排放帶來的污染問題。這些功能性磁性材料主要采用在磁性顆粒表面包覆具有表面活性的分子的方法得到, 有報道過的這類活性物質分子包括乙基纖維素、十八烯酸、環式糊精、復合共聚物等。專利 （CN106497599B）公開了一種表面電荷與親疏水性可控的pH敏感型磁性破乳劑，該專利公開的破乳劑為表面接枝有表面活性單體與pH敏感單體的共聚物鏈的磁性粒子，可通過降低pH值來增強磁性粒子疏水性使其吸附到乳化油滴表面，并在外界磁場的作用下迅速分離乳化油滴。

總體來說，磁響應性破乳劑在破乳效率和節能減排方面較之于常規破乳劑均有優勢，但目前合成磁響應性破乳劑的方法大多需要用到一系列的復雜表面修飾和接枝共聚反應,合成成本高昂且由于步驟繁多，合成環境要求嚴格，很難在合理的成本控制下進行大規模量產。