| 题名 | 可回收环境友好型炭基/无机黏土材料的制备及其破乳性能研究 |
| 作者 | 徐海燕 |
| 答辩日期 | 2019-05-22 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王金清 ; 任嗣利 |
| 关键词 | 原油乳状液 稳定性机理 破乳剂 破乳机理 Crude oil emulsion Stability mechanism Demulsifier Demulsification mechanism |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 其他题名 | 无 |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 英文摘要 | 三次采油、机械加工以及食品加工等诸多领域排放的乳化含油废水已造成了严重的生态和环境污染。本文综述了乳状液的稳定性机理和破乳剂研究进展,总结了不同破乳方法和破乳剂的优缺点。在此基础上，我们以炭基材料（碳纳米管、石墨烯和氟化石墨烯）和无机黏土（膨胀珍珠岩和硅藻土）为原料，设计并制备了界面活性高、吸附能力强和可循环利用的系列破乳剂，研究了相关因素对水包油（O/W）型原油乳状液破乳效率的影响，并解释了各类破乳剂的破乳机理。主要研究成果如下： 1.通过对多壁碳纳米管（MWCNTs）和氧化石墨烯（GO）进行表面改性以调节其表面官能团（如-NH2、-OH和-COOH）的含量，制备了适用于处理不同酸碱性O/W型原油乳状液的可磁性回收的破乳剂M-MWCNTs和M-GO。当M-MWCNTs和M-GO的用量分别为400mg/L和200mg/L时，原油乳状液的破乳效率达到最高。此外，M-MWCNTs和M-GO在不同pH条件下均具有优异的破乳性能，在多次循环后仍具有良好的破乳效率，说明该类破乳剂具有较高的循环稳定性。这是因为制备的M-MWCNTs和M-GO具有很强的界面活性，可以到达油/水界面并与沥青质相互作用。M-MWCNTs和M-GO与沥青质之间具有强烈的π-π/n-π相互作用，同时酸性条件下M-MWCNTs和M-GO与沥青质之间具有静电吸引作用，二者的协同作用促进了O/W型原油乳状液的破乳过程。 2.由于氟化石墨烯（FG）具有与GO类似的化学结构，我们通过对FG进行表面改性，制备了一系列功能化FG材料，包括尿素改性FG（UFG）、碱改性FG（AFG）和水合肼改性FG（HFG）。将功能化FG材料作为破乳剂，通过测量分离水相中油的吸光度来评价其对O/W型乳状液的破乳性能。结果表明，随着功能化FG中氟含量的降低，破乳效率增加。当600mg/L的HFG加入油水乳状液中时，分离水相中油浓度降低至最低值，而且HFG在不同酸碱性条件下均具有优异的破乳性能。HFG与油滴之间强烈的π-π相互作用和静电吸引力促进了油水乳状液中油相和水相的分离。为了实现多次循环利用，以HFG为原料，利用溶剂热法制备了可磁性分离的四氧化三铁负载的氟化石墨烯复合破乳材料（HFG-Fe3O4）。结果表明HFG-Fe3O4在最佳剂量为600mg/L时其对酸性和中性O/W型乳状液具有良好的破乳效果。HFG-Fe3O4主要通过与O/W型乳状液之间的静电吸引力以及与沥青质之间的π-π相互作用实现油水分离。此外，HFG-Fe3O4在循环利用4次后其乳液分离效率并没有明显下降，表现出优异的循环稳定性。 3.无机黏土是一类吸附能力强、成本低、环境友好的无机材料，在油水分离领域具有广泛的应用潜力。以膨胀珍珠岩（EP）为原料，通过表面改性制备出新型的可回收利用的磁性膨胀珍珠岩（EP@APTES-Fe3O4）。发现当EP@APTES-Fe3O4的用量提高至500mg/L时破乳效率可达95.1%。此外，EP@APTES-Fe3O4在酸性和中性条件下均具有优异的破乳性能，而且EP@APTES-Fe3O4在循环利用4次后乳液分离效率并没有明显地下降，说明其具有优异的循环稳定性。EP@APTES-Fe3O4具有高的界面活性，能够快速到达油/水界面并与沥青质相互作用。EP@APTES-Fe3O4与沥青质之间强烈的静电吸引力促进了界面膜的破裂，并加速了油滴的聚结，从而实现油水分离。 4.将四氧化三铁和聚乙烯亚胺接枝在硅藻土表面制备出新型的可回收利用的磁性硅藻土（M-DM）复合材料。发现当M-DM的剂量增加到450mg/L时，破乳效率达到95.3%。此外，M-DM在不同pH值下的O/W型乳状液中均表现出良好的破乳性能，而且M-DM可实现循环利用，从而提高了破乳剂的利用率。由于高的界面活性，M-DM能够快速到达油/水界面并与沥青质相互作用。M-DM与沥青质之间的强静电吸引力和氢键相互作用是破乳的主要作用力。在该作用力下，油滴从乳液中成功分离。 5.由于磁性膨胀珍珠岩（EP@APTES-Fe3O4）和硅藻土（M-DM）在破乳过程中的用量较大，因此其广泛应用受到限制。为了降低EP@APTES-Fe3O4和M-DM的剂量，进一步提高其破乳效率，以EP@APTES-Fe3O4、DM@APTES-Fe3O4和GO为原料，制备磁性可回收无机黏土/氧化石墨烯复合材料（M-EP-GO和M-DM-GO）。通过瓶试法评估该复合物的破乳性能。发现相比于EP@APTES-Fe3O4和DM@APTES-Fe3O4，M-EP-GO和M-DM-GO复合物的最佳剂量分别降至400mg/L和350mg/L。此外，M-EP-GO在碱性条件下的破乳效率明显提高。因此，制备的M-EP-GO和M-DM-GO在油水分离领域将具有广泛的应用前景。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/25292]  |
| 专题 | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院兰州化学物理研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐海燕. 可回收环境友好型炭基/无机黏土材料的制备及其破乳性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2019. |
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