[发明专利]一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用，其中，所述方法包括步骤：通过选用一种拥有巨大的表面积且表面富含羟基基团的化学遮掩物预先与表面含有羟基的磁性纳米颗粒混合形成氢键交互，以此来屏蔽磁性纳米颗粒表面的部分羟基官能团的反应特性，之后再对未发生氢键交互的余下羟基基团进行疏水改性以实现磁性纳米颗粒两面具有截然不同的亲疏水特性的效果。本发明方法制得的两面性磁响应颗粒具有极强的界面活性，在水包油或者油包水体系中均可高效的运动到油水界面，使微乳液发生表面磁化，进而可通过外加磁场实现微乳液运动方式的改变，使之得以快速聚集和聚合，所述两面性磁响应颗粒还可重复循环利用。

技术领域

本发明涉及破乳剂领域，尤其涉及一种两面性磁响应颗粒及其制备方法与应用。

背景技术

在现有石油工业中，稳定油水乳液的产生基本上是不可避免的。原油中含有的天然表面活性物质如沥青质、双亲性黏土、樟脑酸等可吸附于连续相中的微乳液表面，形成稳定的油水界面。这些具有低表面能和高物理强度的界面可阻碍微乳液之间的聚合，使有水乳液具有极高的稳定性，不易破除。这些稳定乳液一旦进入到炼化过程中则会带来一系列的负面效果。以加拿大油砂工业为例，每年由于水包油乳液造成的管道堵塞以及油包水乳液带来的下级设备盐分腐蚀和催化剂毒化等问题就造成了巨大的经济损失和人员安全隐患。

目前用于破除石油工业中的稳定油水乳液的方法可包括吸附法、过滤法，电场聚合法、溶剂萃取法和破乳剂添加等。其中，在微乳液体系中加入破乳剂的做法具有效率高，工艺简单的优势。一般来说破乳剂是一类具有强界面活性的有机物分子或者高分子的单体或其混合物。 破乳剂的加入可促使微乳液间形成团聚体或使界面稳定性降低，从而促进微乳液间的聚合。成功的破乳剂需要具备几个关键因素：1.破乳剂的界面活性需高于造成乳液稳定的物质的界面活性，从而可与体系中所含活性物质在界面上形成竞争性吸附；2.在乳液稳定界面已形成的情况下，破乳剂需能够“突刺”入油水界面膜中，使其稳定性降低；3.破乳剂形成的界面膜与乳液中原本活性物质形成的界面膜相比应具有更低的稳定性。

目前常用的破乳剂如烷基酚甲醛树脂（AFRA）, 聚亚烷基二醇(PAG)、聚氧乙烯-聚丙烯共聚物等活性高聚物往往破乳效果达不到要求，且这类破乳剂具有粘度大的特点，特别是在低温条件下较难分散，需用利用溶剂预先分散再运用，大幅增加处理成本。该类破乳剂的投放往往成本可观，且属于消耗性投入很难实现回收。目前常用的破乳剂在破乳完成后会进入到卤水内，进而被排放至河流或者海洋中。由于大部分常用破乳剂内含有苯酚类官能团，其排放势必造成环境污染。从投入成本，破乳效率、节能减排、环境保护等多方面考虑，新型破乳剂的开发都至关重要。

Fe₃O₄磁性纳米粒子制备简单且有超顺磁性，采用表面活性物质包覆以后可获得具有良好表面活性的磁性颗粒。该类磁性颗粒的强表面活性和磁响应特性可使其稳定吸附于油水界面进而可通过外加磁场来控制界面吸附有该类材料的微乳液的运动，使得微乳液在特定区域聚集并实现相互间的挤压，达到破乳的目的。破乳完成后，材料本征的磁响应特性可使其易于富集和回收，且可再次投入生产，节省药剂投放成本并将大幅降低由于环境排放带来的污染问题。这些功能性磁性材料主要采用在磁性颗粒表面包覆具有表面活性的分子的方法得到, 有报道过的这类活性物质分子包括乙基纤维素、十八烯酸、环式糊精、复合共聚物等。专利 （CN106497599B）公开了一种表面电荷与亲疏水性可控的pH敏感型磁性破乳剂，该专利公开的破乳剂为表面接枝有表面活性单体与pH敏感单体的共聚物链的磁性粒子，可通过降低pH值来增强磁性粒子疏水性使其吸附到乳化油滴表面，并在外界磁场的作用下迅速分离乳化油滴。

总体来说，磁响应性破乳剂在破乳效率和节能减排方面较之于常规破乳剂均有优势，但目前合成磁响应性破乳剂的方法大多需要用到一系列的复杂表面修饰和接枝共聚反应,合成成本高昂且由于步骤繁多，合成环境要求严格，很难在合理的成本控制下进行大规模量产。