磁性生物炭破乳技术：基于农业废弃物的油水乳液绿色分离机制与性能优化

为解决食品工业等领域的乳化含油废水处理难题，河南工业大学研究人员利用蒿草、丝瓜络和玉米秸秆等生物质废弃物，通过负载Fe3 O4 颗粒制备磁性生物炭（CMH/CSG/CYM）。研究证实该材料在磁场作用下可通过降低油水界面张力、静电中和等协同机制实现高效破乳（效率>98%），兼具可磁回收、低成本优势，为乳化油处理提供了绿色解决方案。

　　

现代工业发展伴随大量乳化含油废水产生，特别是食品加工和生物燃料产业扩张导致植物油废水激增。这类废水含有皂化物、游离脂肪酸盐等成分，直接排放会引发环境风险并腐蚀设备。传统物理法效率低、生物法成本高，而化学破乳剂存在二次污染隐患。磁性纳米材料虽效果显著，但面临原料昂贵、工艺复杂等瓶颈。如何开发兼具高效性、经济性和环境友好性的破乳技术，成为当前研究的关键挑战。

河南工业大学的研究团队创新性地将目光投向农业废弃物资源化利用领域。他们选取蒿草、丝瓜络和玉米秸秆三种典型生物质，通过溶热法负载Fe₃
O₄
颗粒制备磁性生物炭（CMH/CSG/CYM），并在《Process Safety and Environmental Protection》发表了其突破性成果。

研究采用扫描电镜（SEM）观察材料多孔结构，傅里叶红外光谱（FTIR）分析表面官能团，BET法测定比表面积，振动样品磁强计（VSM）验证磁响应性。通过批量实验考察投加量、pH等参数对破乳效率的影响，结合Zeta电位、界面张力测试揭示作用机制。

材料表征
SEM显示三种生物炭均保持原料的天然多孔结构，Fe₃
O₄
颗粒均匀分布在表面。FTIR在773 cm^-1
和870 cm^-1
处出现Fe-O特征峰，证实成功磁化。VSM测得饱和磁化强度达35 emu/g，确保磁场下的快速回收。

破乳性能
在最佳条件下（投加量1.5 g/L，pH=7），CSG对1000 mg/L乳化油的去除率达98.2%。界面张力从28.5 mN/m降至12.3 mN/m，显著降低液滴聚并能垒。Zeta电位分析表明带正电的生物炭（+32.1 mV）通过静电作用中和负电油滴（-41.5 mV），促进絮体形成。

机理阐释
磁性生物炭通过三重机制协同破乳：1）表面Fe₃
O₄
在磁场引导下定向迁移至油水界面；2）羟基等官能团降低界面张力；3）电荷中和促使微小油滴聚并成可分离大絮体。

该研究实现了农业废弃物的高值化利用，所开发的磁性生物炭破乳剂具有三大突出优势：原料成本仅为传统材料的1/5，磁分离特性避免二次污染，且处理后的水质达到国家排放标准。特别值得注意的是，玉米秸秆生物炭（CSG）因其独特的纤维结构展现出最优性能，这为后续生物质原料筛选提供了重要参考。研究不仅为乳化油废水处理提供了新技术路径，更开创了"以废治废"的循环经济模式，对推动绿色水处理技术发展具有里程碑意义。