利用磁驱力实现水包油乳液的分液

《Scientific Reports》：Magnetophoretically driven demulsification of oil-in-water emulsions

　　

摘要

我们利用磁泳现象，研究了使用SDBS功能化的磁性纳米粒子（MNP@SDBS）对油水乳液进行破乳的效果。这些纳米粒子通过两种方法制备：一种是从商业铁盐共沉淀得到的（SMNPs）；另一种是使用富含铁的天然砂作为铁源（NMNPs）。我们对原始的MNP@SDBS以及经过一次破乳循环后热处理的纳米粒子（MNP@SDBS-R）的破乳性能进行了评估。当对MNP@SDBS与油水混合物（27^\circ \) API，5% v/v）施加磁场梯度时，SMNP@SDBS和NMNP@SDBS均在1分钟内实现了98%的碳氢化合物去除率。结果表明，由富含铁的砂制成的磁性破乳剂的分离效率与由商业铁盐合成的破乳剂相当，这证明了该过程涉及磁泳辅助下的液滴聚合和纳米粒子沉淀。回收后的MNP@SDBS-R材料仍保持了较高的破乳效率，仅有轻微的性能下降。相比之下，在没有纳米颗粒和外部磁场的情况下进行的对照组实验即使经过10天也未出现沉淀或破乳现象。在所有阶段（制备的纳米粒子、功能化的MNP@SDBS以及回收后的MNP@SDBS-R）都进行了全面的结构、磁性、微观结构、光学和元素分析，以指导MNP的使用和回收优化。所有样品均证实为反尖晶石型氧化铁（\({\text {Fe}}_{3}{\text {O}}_4\}）和磁赤铁矿型氧化铁（\(\gamma -{\text {Fe}}_2{\text {O}}_3\)）。所有样品均表现出室温下的超顺磁行为。这些结果支持了上述机制：MNP@SDBS在界面上的吸附作用以及磁场梯度驱动的磁泳效应促进了液滴的桥接和聚合，同时实现了破乳剂的快速磁回收和再利用。