機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生的廢棄乳化液含有大量表面活性劑和礦物油,由于大量表面活性劑的存在,形成了納米尺寸的微小油滴,同時(shí)表面活性劑成為一層穩(wěn)定的保護(hù)膜,很難實(shí)現(xiàn)有效破乳。
目前常用的處理技術(shù)有氣浮、化學(xué)絮凝聯(lián)合氣浮、化學(xué)和電化學(xué)技術(shù)、化學(xué)破乳劑、膜技術(shù)及生物技術(shù)等。由于油滴尺寸小、質(zhì)輕,通常需要很長(zhǎng)的停留時(shí)間,油水分離比較緩慢且低效。
盡管化學(xué)破乳劑具有廣泛的應(yīng)用,但是處理后化學(xué)破乳劑會(huì)在留在水中,產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染,并且很難實(shí)現(xiàn)破乳劑的回收。開(kāi)發(fā)新型高效和低成本的機(jī)加工廢液處理技術(shù)成為亟待解決的問(wèn)題。
同濟(jì)大學(xué)研究者設(shè)計(jì)合成了一種功能化磁性納米粒子(functional magnetic nanoparticle, fmnps),并通過(guò)飛納電鏡溫控樣品杯研究了 fmnps 對(duì)廢棄乳化液的處理效果及其破乳過(guò)程和機(jī)制。
破乳過(guò)程
在 fmnps 作用下乳液的破乳經(jīng)歷了兩個(gè)過(guò)程:
首先是 fmnps 分散并吸附到液滴表面,引起液滴的絮凝聚并,液滴的尺寸有一定程度的增大;
隨后,在磁場(chǎng)的作用下,表面吸附有 fmnps 的液滴群體進(jìn)行定向遷移,遷移過(guò)程中,由于液滴間的相互擠壓也會(huì)出現(xiàn)液滴的進(jìn)一步聚并,終液滴從連續(xù)相中分離出來(lái)。
(a-c) fmnps 在液滴表面的分布 (d) fmnps 與乳化劑 (0.125 g/l sdbs) 的結(jié)合狀況,(e) fmnps與乳化劑 (1.0 g/l sdbs) 的結(jié)合狀況,(f) 乳化劑 (1.0 g/l sdbs) 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
fmnps 加入到乳狀液中后,先要經(jīng)歷擴(kuò)散過(guò)程,遷移到液滴表面(a-c),并與液滴表面的表面活性劑發(fā)生相互作用,進(jìn)而粘附在液滴表面。由于液滴與表面活性劑間的結(jié)合,會(huì)改變?nèi)闋钜涸镜木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(d-f)。乳液有一定程度的失穩(wěn),出現(xiàn)液滴的絮凝和聚并,液滴的尺寸增大,后在磁場(chǎng)作用下分離出來(lái)。
在此類含水樣品的研究中,傳統(tǒng)掃描電鏡(sem)無(wú)法直接觀察樣品,通常需要將樣品干燥后在放入 sem 觀察,但是干燥后樣品中的凝膠結(jié)構(gòu)塌陷,破壞了樣品內(nèi)部真實(shí)的形貌。
飛納(phenom)電鏡溫控樣品杯可以將含水樣品迅速冷凍,然后放入樣品倉(cāng)觀察,保留了樣品內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu),對(duì)于含水樣品的研究提供了一套快速可行的研究方案。
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利用飛納電鏡溫控樣品杯觀察在不同活性劑濃度下,乳液結(jié)構(gòu)的變化
含水樣品研究方法對(duì)比
· cryo-sem:操作復(fù)雜、樣品制備復(fù)雜、成本高
· 干燥(冷凍干燥):結(jié)構(gòu)塌陷,不利于 “破乳” 機(jī)制分析
· phenom 溫控樣品杯:操作簡(jiǎn)單、效率高、成本低
參考文獻(xiàn)
peng, k., xiong, y., lu, l., liu, j., & huang, x. (2018). recyclable functional magnetic nanoparticles for fast demulsification of waste metalworking emulsions driven by electrostatic interactions. acs sustainable chemistry & engineering, 6(8), 9682-9690.