油品的乳化和破乳研究

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众所周知,成品油是人类经济和日常生活中不可缺少的一类商品。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,尤其是汽车的普及,各种成品油的运输量也逐渐增加。然而由于易燃易爆的特性,油品在运输过程中存在很大的安全隐患,需要专门的车辆和驾驶人员。解决这一问题的方法之一是将成品油制备成O/W型乳状液,由于油被包裹在水中,闪点显著提升,因而O/W型油品乳状液可以作为非危险品、使用普通运输工具进行运输,这种方法不仅可以显著降低运输成本,而且消除了安全隐患,当然,前提是到达目的地后乳状液能快速破乳以及油品能够被顺利回收。基于这一设想,本课题利用表面活性剂的乳化作用以及离子型表面活性剂与商品无机纳米颗粒的协同乳化作用,系统地研究了三种O/W型油品乳状液的制备方法、稳定机制和破乳方法。首先,以单一阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作乳化剂,以柴油、白油、汽油为油相,均能制备出稳定的O/W型乳状液,所需的SDBS浓度接近其临界胶束浓度(1 mM)。由于SDBS对硬水敏感,采用自来水制得的乳状液比用去离子水制得的乳状液稳定性要差得多,但可以通过提高SDBS的浓度加以改善。用单一阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作乳化剂,以柴油、白油为油相,也能制得稳定的O/W型乳状液,所需要的CTAB浓度接近其临界胶束浓度(0.9 mM)。但与SDBS不同的是,CTAB对硬水敏感度较低,采用去离子水和自来水所得乳状液的稳定性基本类似。这种用离子型表面活性剂稳定的普通O/W型乳状液,可以通过加入等摩尔带相反电荷的离子型表面活性剂破乳,机理是形成离子对,消除了油滴的界面电势。CTAB和SDBS因此互为破乳剂。其二,利用在水介质中表面带电的无机纳米颗粒与带相反电荷的离子型表面活性剂作为复合乳化剂,可以将柴油和汽油乳化成Pickering乳状液。使用在水中表面带负电荷的纳米SiO2颗粒和阳离子表面活性剂CTAB组合,以柴油、汽油为油相时,可以得到稳定的O/W型Pickering乳状液。其中,CTAB对纳米SiO2的原位疏水化作用使颗粒转变为表面活性颗粒。类似地,采用自来水效果不如采用去离子水,但总体而言,Pickering乳状液的形成和稳定性,对水硬度的敏感度较普通乳状液要低。特别地,表面带正电荷的纳米Al2O3颗粒能够单独稳定O/W型Pickering柴油乳状液。基于柴油成分分析、油/水界面张力测定、水相表面张力测定、Zeta电位测定以及考察过氧化铝柱柴油的乳化性能等,证实柴油中存在阴离子型表面活性物质或者脂肪酸类物质,它们能够吸附到颗粒表面使其原位疏水化,从而使Al2O3颗粒转变为表面活性颗粒,稳定Pickering乳状液。采用离子对形成机理对该乳状液实施破乳的效率不高,尚需进一步探究高效的破乳方法。其三,利用在水介质中带相同电荷的纳米SiO2颗粒与阴离子型表面活性剂SDBS作为复合乳化剂,能够在超低浓度下制备新型O/W型柴油和汽油乳状液,颗粒和表面活性剂浓度最低分别可达0.001 wt.%和0.001 cmc(临界胶束浓度),其中表面活性剂吸附在油/水界面,表面活性剂浓度决定油滴大小,而颗粒分布于水相,构成较厚的连续相膜,降低了油滴之间的范德华引力,借助于颗粒之间、油滴之间、颗粒-油滴之间的双电层的排斥作用防止油滴间的絮凝和聚结。使用去离子水作水相,所得乳状液具有优良的稳定性,但采用自来水作水相,乳状液稳定性较差,难以满足应用要求,原因是自来水中的无机盐尤其是二价阳离子抑制了颗粒和油滴的Zeta电势。对于柴油,由于油品中存在微量的阴离子型表面活性物质,因此采用单一纳米SiO2颗粒(浓度0.20.5 wt.%)和去离子水,即可制备出新型O/W型柴油乳状液,该乳状液在静置条件下至少可以稳定两周。但采用自来水时,由于纳米SiO2颗粒的Zeta电位下降到临界值(-18 mV)以下,不能获得稳定的新型乳状液。这种新型乳状液同样可以通过加入等摩尔带相反电荷的离子型表面活性剂或者无机电解质破乳,其中加入相反电荷离子型表面活性剂破乳效果优于加入电解质。
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