[发明专利]一种磁性纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种磁性纳米材料及其制备方法和应用，所述磁性纳米材料包括磁核和二氧化硅壳以及在二氧化硅壳外接枝的双亲有机基团，具有粒度均一、磁响应性、双亲性、无毒、环境友好等优点，该磁性纳米颗粒生产成本低廉，制备过程无副产物产生，可以显著降低油‑水界面张力，在油水乳液分离领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种磁性纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

油水乳液广泛存在于石油天然气工业、燃料化工、环境科学与资源利用等领域。以石化工业为例，在采油过程中，因天然界面活性物质的存在，常形成稳定的油包水乳液，水滴中含有的无机盐会导致储运过程中设备和管道的腐蚀结垢，并易造成炼制过程中的催化剂中毒。另一方面，含油废水的排放以及海上漏油等事故频发会产生稳定的水包油乳液，造成环境和生态污染。由此可见，油水乳液分离对于工业生产过程极为重要。化学破乳法是目前使用最广泛的一种破乳方法。常见的化学破乳剂包括烷基酚醛树脂、烷氧基胺、聚丙烯氧化物-聚乙烯氧化物共聚物、两性离子聚合物及其复配物等。这些传统破乳剂在油水乳液分离中发挥了巨大的作用，然而传统破乳剂皆为一次性使用，难以回收，容易造成环境污染。因此，开发高效的绿色环保破乳剂是油水乳液破乳的重要研究方向。

磁性纳米材料不仅具有普通纳米材料的表面效应、小尺寸效应等，还具有显著的磁响应性，能够从复杂多相体系中分离回收。近年来，利用不同性质的有机或无机化合物对磁性纳米颗粒进行修饰改性后所制得的磁性纳米材料己广泛运用于存储介质、生物医药、环境科学等领域。在众多磁性纳米颗粒中，四氧化三铁磁性纳米颗粒具有低毒、稳定、价廉易得等优点，因此将四氧化三铁与功能化合物进行复合制备磁性纳米颗粒破乳剂，用于油水乳液分离。

目前，采用的功能化合物包括乙基纤维素、硅烷偶联剂、环糊精、多壁碳纳米管或氧化石墨烯等。相对于常规的化学破乳剂，磁性纳米颗粒破乳剂具有易回收循环的优点，在油水乳液分离领域展现出良好的应用前景。

磁性纳米颗粒在油水乳液分离过程中优势明显，但是随着石油工业的发展，乳液的类型、形态和结构趋于复杂，破乳的难度不断增大，应用磁性纳米颗粒进行破乳目前存在破乳效率低、破乳速度慢、破乳温度要求苛刻等问题。并且大多数磁性纳米颗粒破乳剂只能针对某一种特定的乳液，应用范围严重受限，限制其实际的推广应用。

综上，为提高磁性纳米颗粒在油水乳液分离中的破乳速度和破乳效率，降低破乳温度从而降低操作成本，提供一种具有高界面活性的磁性纳米颗粒非常关键。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种磁性纳米材料及其制备方法和应用，所述磁性纳米颗粒同时具备良好的破乳效率以及可磁性分离的优势，不仅具有较好的磁响应性，又可以提高油水乳液破乳速度，降低破乳温度，从而降低了操作成本，具有很好的应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种磁性纳米材料，所述磁性纳米材料包括四氧化三铁磁核，所述磁核的外侧包覆有一层二氧化硅壳，所述二氧化硅壳外接枝有如式(1)所示的有机基团；

式(1)中R₁和R₂为-CH₂-CH₂-或-CH₂(CH₃)CH-，R₁和R₂为不同的基团，m为10～40，n为30～50。

本发明中所述磁性纳米材料包括具有磁性的四氧化三铁核，使纳米材料能够实现磁响应，可利用磁铁进行分离回收，解决了传统破乳剂难以回收的问题，同时该四氧化三铁磁核外侧包覆有一层二氧化硅壳以及接枝有式(1)结构的有机基团，显著提高了破乳效果。