CN111632405B - 基于磁性Janus颗粒的油水分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于磁性Janus颗粒的油水分离方法。本发明的油水分离方法包括以下步骤：a)将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机在13000～20000r/min下乳化或者使用高速搅拌机在300～5000r/min下乳化，形成包括连续相和由所述磁性Janus颗粒稳定的分散相的乳液体系，其中每个所述磁性Janus颗粒同时具有亲水性部分和疏水性部分；b)向所述乳液体系施加外部磁场A，使得所述分散相聚集，以将所述乳液体系形成为具有富集有所述分散相的富集乳液部分和不含所述分散相的液体部分，进而将所述富集乳液部分和所述液体部分分离。

Description

基于磁性Janus颗粒的油水分离方法
技术领域
本发明涉及油水分离方法，特别是涉及基于磁性Janus颗粒作为固体颗粒乳化剂的油水分离方法。
背景技术
在石油工业(石油开采、石油炼制及石油化工等)、机械工业、纺织工业、化妆品制造业、餐饮业或食品工业等工业领域中或者在水体保护领域中，通常会出现油物质和水体混合的情况。尤其是，由于油水混合物有时存在能起到乳化剂的作用的物质(使两种或两种以上互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的一类化合物)时，油水混合物中会存在乳状液，甚至油水混合物整体为乳状液。在乳状液中，分散相以微滴(微米级)的形式分散在连续相中。乳化剂降低了混合体系中各组分的界面张力，并在微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表面形成双电层，阻止微滴彼此聚集，从而使乳状液保持均匀。在此情况下，油相和水相难以彻底分离，极大地提高了油水分离的难度，限制乳化体系在萃取、分离、三次采油等方面应用，也会导致环境污染和资源浪费。
对此，传统油水分离方法的基本原理是尽可能破坏油水混合物中的乳状液或者近似乳状液的界面稳定性，实现油水两相的宏观分层，再进行分离。例如气浮、离心、添加破乳剂等方法。但现有方法普遍存在分离效率低、分离时间长、费用昂贵、易造成二次污染、不能重复循环利用、水不能达标排放和资源浪费等缺点。其中最关键的问题是乳化剂稳定的液滴难以快速聚并形成大尺寸的油相。
现有技术中公开了采用吸附材料进行油水分离的技术。例如，专利文献1公开了一种超疏水磁性PS/SiO2油水分离材料，其以四氧化三铁为磁核，以PS为内壳，超疏水SiO2为外壳。该油水分离材料对于含油废水中的油具有吸附作用，可达到90％的水平。然而，该类技术的吸油能力有限并且依赖于待处理的含油废水的组成；并且吸附了油的吸附材料通常需要特定的脱吸附过程，导致油水分离方法复杂化。
另外，现有技术中还公开了利用固体乳化剂的Pickering乳液的油水分离技术。例如，非专利文献1中公开了基于P(NIPAM-co-AA)的磁性颗粒作为固体乳化剂用于油水分离的技术。然而，从该文献中公开的照片中可见，虽然该类固体乳化剂可产生油水分离的效果，但是该效果并不能达到理想水平。
一侧亲水、一侧亲油的Janus颗粒具有类似小分子表面活性剂的两亲性，能够作为一种固体乳化剂，稳定油水界面形成稳定的乳液。作为一种特殊的表面活性剂，具有双亲性的Janus颗粒兼具Pickering效应与降低表面张力的能力。此外，颗粒两边常常具有不同的润湿性，可以显著增强其乳化能力和乳液稳定性。当把Janus颗粒加入到乳液中时，Janus颗粒可以替代乳液表面的乳化剂分子，从而也参与油水界面的稳定。同时，将顺磁性组成复合到Janus颗粒中，能够得到磁性的Janus颗粒，成为一种新型的可磁回收固体乳化剂，能够通过外加磁场富集。可磁回收固体乳化剂一方面能够稳定油水界面形成稳定的乳液体系；另一方面能够将其稳定的乳液液滴通过外加磁场富集，实现乳液体系的油水两相的分离。该分离过程无需破乳，分离过程速度快、分离效果彻底。并且，磁性的Janus颗粒能够回收并循环使用，降低成本并避免对环境的污染。
例如，专利文献2中制备了磁性Janus颗粒并且将磁性Janus颗粒用于油水分离。然而，该专利文献2中的油水分离效果依然难以达到理想的效果，并未对油水分离技术进行深入研究。
可见，对于建立能够简便且高效地进行油水分离的技术，依然存在改善的空间。
专利文献
专利文献1：CN106277162A
专利文献2：WO 2016/026464A1
非专利文献
非专利文献1：P(NIPAM-co-AA)颗粒的单体比例对油水乳化性能的影响及其在油水分离中的应用，石油化工，2017年，第46卷第6期，第772～777页。
发明内容
发明要解决的问题
针对本领域上述存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可广泛地应用于各种油水混合物、尤其可应用于存在乳状液的油水混合物的油水分离方法，其能够简便且高效地进行油水分离，并且具有优异的环境友好性和经济性。
用于解决问题的方案
根据本发明发明人的潜心研究，发现通过以下技术方案的实施，能够解决上述技术问题：
[1].一种油水分离方法，其包括以下步骤：
a)将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机在13000～20000r/min下乳化或者使用高速搅拌机在300～5000r/min下乳化，形成包括连续相和由所述磁性Janus颗粒稳定的分散相的乳液体系，其中每个所述磁性Janus颗粒同时具有亲水性部分和疏水性部分；
b)向所述乳液体系施加外部磁场A，使得所述分散相聚集，以将所述乳液体系形成为具有富集有所述分散相的富集乳液部分和不含所述分散相的液体部分，进而将所述富集乳液部分和所述液体部分分离。
[2].根据[1]所述的油水分离方法，步骤a)中，相对于油水混合物的总重量，所述磁性Janus颗粒的用量为0.001～5重量％。
[3].根据[1]或[2]所述的油水分离方法，所述磁性Janus颗粒为雪人状。
[4].根据[1]～[3]任一项所述的油水分离方法，步骤b)中，所述外部磁场A的磁场强度为0.05T～2T。
[5].根据[1]～[4]任一项所述的油水分离方法，步骤b)中，所述外部磁场A的施加时间为1秒～30分钟。
[6].根据[1]～[5]任一项所述的油水分离方法，其进一步包括以下步骤：
c)向分离出的富集有所述分散相的乳液部分施加与所述外部磁场A相比磁场强度更大的外部磁场B，从而破乳并且回收所述磁性Janus颗粒。
[7].根据[6]所述的油水分离方法，步骤c)中，所述外部磁场B的磁场强度为0.1T～5T。
[8].根据[1]～[7]任一项所述的油水分离方法，所述磁性Janus颗粒的亲水性部分和疏水性部分的组合为选自二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化钛/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体中的至少一种。
发明的效果
通过以上技术方案的实施，本发明能够获得以下技术效果：
(1)磁性Janus颗粒具有两亲性且起到固体乳化剂的作用，因此，本发明的油水分离方法可广泛地用于各种油水混合物，而不受制于油水混合物的油水比例、否存在乳状液、或者所包含的乳状液为何种类型(油包水型或者水包油型)等因素。
(2)本发明的油水分离方法可以快速地实现优异的乳化效果和分离效果，且操作简单，从而对于水油分离而言具有降低工业成本、简化工业设备的优势。
(3)磁性的Janus颗粒能够回收并循环利用，因此，本发明的油水分离方法是绿色、经济、无二次污染的。
附图说明
图1为磁性Janus颗粒的扫描电子显微镜照片。
图2为由磁性Janus颗粒稳定的乳液效果图。
图3为磁性Janus颗粒稳定乳液的光学显微镜图片。
图4为外加磁场下磁性Janus颗粒稳定的乳液油水分离效果图。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，术语“Janus颗粒”是指本领域中广义上的Janus颗粒，即不仅可以是结构形貌上不对称(各向异性)的颗粒，也可以是组成性质上不对称的颗粒，或者兼具二者。
本说明书中，所使用的“(甲基)丙烯酸酯”包括“甲基丙烯酸酯”以及“丙烯酸酯”的含义；所使用的“(甲基)丙烯酸”包括“甲基丙烯酸”以及“丙烯酸”的含义。
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，使用“以上”或“以下”表示的数值范围是指包含本数的数值范围。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，使用“任选”或“任选的”表示某些物质、组分、执行步骤、施加条件等因素使用或者不使用。
本说明书中，所使用的单位名称均为国际标准单位名称，并且如果没有特别声明，所使用的“％”均表示重量或质量百分含量。
本说明书中，所使用的“粒径”如果没有特别声明，均指“平均粒径”，可以通过商用粒度仪或者电子扫描显微镜进行测量。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本发明的油水分离方法包括以下步骤：
a)将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机在13000～20000r/min下乳化或者使用高速搅拌机在300～5000r/min下乳化，形成包括连续相和由所述磁性Janus颗粒稳定的分散相的乳液体系，其中每个所述磁性Janus颗粒同时具有亲水性部分和疏水性部分；
b)向所述乳液体系施加外部磁场A，使得所述分散相聚集，以将所述乳液体系形成为具有富集有所述分散相的富集乳液部分和不含所述分散相的液体部分，进而将所述富集乳液部分和所述液体部分分离。
以下将会详细描述上述各步骤。
a)乳化步骤
在本步骤中，将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机乳化或者使用高速搅拌机乳化，形成包括连续相和分散相的乳液体系。
在一些具体实施方案中，在采用高速剪切乳化机的情况下，高速剪切乳化机的剪切速度为13000～20000r/min，优选为14000～19000r/min。当剪切速度小于该范围时，采用高速剪切乳化机得到的乳液体系趋于不稳定，难以实现充分的油水分离。当剪切速度大于该范围时，采用高速剪切乳化机得到的乳液体系也会趋于不稳定。
在另一些具体实施方案中，在采用高速搅拌机的情况下，高速搅拌机的搅拌速度为300～5000r/min，优选为500～4500r/min。当剪切速度小于该范围时，采用高速搅拌机得到的乳液体系趋于不稳定，难以实现充分的油水分离。当剪切速度大于该范围时，采用高速搅拌机得到的乳液体系也会趋于不稳定。
对于磁性Janus颗粒的用量没有特别限定，可以依照待处理的油水混合物中的油水比例来适当调节。在一些具体的实施方案中，从更好地获得本发明的技术效果的观点来看，相对于油水混合物的总重量，磁性Janus颗粒的用量优选为0.001～5重量％，更优选为0.01～3重量％，又更优选为0.02～1重量％。在一些具体实施方案中，从更好地获得本发明的技术效果的观点来看，相对于油水混合物中分散相(水相或者油相)的总重量，磁性Janus颗粒的用量优选为0.02～1重量％。
在本发明中，对于磁性Janus颗粒的投入方式没有特别限制，磁性Janus颗粒可以在施加动态条件之前投入油水混合物中或者在施加动态条件的过程中投入油水混合物中，并且可以一次性地投入或者分批地投入。
本步骤中，对于乳化时间没有特别限制，但优选为0.5分钟～30分钟，更优选为1分钟～15分钟。
以下详细说明油水混合物和磁性Janus颗粒。
(1)油水混合物
对于作为处理对象的油水混合物的来源没有特别限制，例如，可以为石油工业(石油开采、石油炼制及石油化工等)、机械工业、纺织工业、化妆品制造业、餐饮业或食品工业等中产生的含油废水或者如受到污染的水体等其他需要进行分离的油水混合物。在一些具体的实施方案中，油水混合物中构成油相的油组分的实例包括而不限于：天然石油、石油产品(例如，如煤油、汽油、苯、甲苯、正己烷、环己烷、二甲苯、萘等)、焦油及其分馏物、以及食用动植物油和脂肪类等。作为本发明的油组分，上述物质可以单独或以两种以上的组合存在。除了水和油组分以外，本发明的油水混合物根据来源还可包括表面活性剂(例如乳化剂等)、不溶于两相的颗粒物质、可溶于油组分的物质、可溶于水的物质等。
对于油水混合物中的油相和水相的分散状态没有特别限制。在一些具体实施方案中，本发明的油水混合物可为非乳状液。在另一些具体实施方案中，本发明的油水混合物的至少一部分可为乳状液，甚至全部可为乳状液。在本发明的油水混合物的至少一部分可为乳状液的情况下，对乳状液的类型没有特别限制，可为水包油型或者油包水型等。
在一些具体的实施方案中，本发明的油水混合物中的油水比例(油相:水相)以重量比计优选为1:10000000～1000000:1，更优选为1:100000～100000:1，又更优选为1:80000～80000:1，甚至更优选为1:50000～50000:1。
(2)磁性Janus颗粒
本发明的每个磁性Janus颗粒的一部分具有亲水性，另一部分具有疏水性，换言之，本发明的每个磁性Janus颗粒都同时具有亲水性部分和疏水性部分。对于本发明的磁性Janus颗粒的具体化学组成没有特别限制，只要其一部分具有亲水性且另一部分具有疏水性即可，并且可以根据待处理的油水混合物的组成进行调节。
在一些具体实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的亲水性部分可以具有羟基(包括醇羟基、硅羟基、酚羟基等)、醚基、酰胺基、羧基及其酸酐或者盐等。在一些具体实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的亲水性部分可以由有机物质、无机物质或二者构成。构成亲水性部分的有机物质的形成单体实例包括而不限于丙烯酸系单体、吡咯烷酮系单体、丙烯酰胺系单体、(聚)乙二醇系单体、(聚)丙二醇系单体等。这些单体可单独地使用，或以两种以上的组合使用。构成亲水性部分的无机物质的实例包括而不限于一氧化硅、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝等。这些无机物质可单独地使用，或以两种以上的组合使用。在一些优选的实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的亲水性部分优选地包括无机物质，更优选地包括二氧化硅。
在一些具体实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的疏水性部分包括有机物质。在此情况下，构成疏水性部分的有机物质的形成单体的实例包括而不限于苯乙烯系单体(例如苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯等)、(甲基)丙烯酸酯系单体(例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸辛酯等)、硅烷系单体、硅氧烷系单体、烯烃系单体、缩醛系单体等。这些树脂可单独地使用，或以两种以上的组合使用。在一些优选的实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的疏水性部分优选地包括聚苯乙烯系树脂或者聚(甲基)丙烯酸酯系树脂。在另一些优选的实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的疏水性部分优选地包括交联组分。交联组分的实例包括而不限于：二乙烯基苯、二(甲基)丙烯酸酯系单体(如二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丁二醇酯等)、三(甲基)丙烯酸酯系单体(如三(甲基)丙烯酸甘油酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯)等、四(甲基)丙烯酸酯系单体(如四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯)、五(甲基)丙烯酸酯系单体(如五(甲基)丙烯酸二季戊四醇酯)、六(甲基)丙烯酸酯系单体(如六(甲基)丙烯酸二季戊四醇酯)等。
此外，本发明的磁性Janus颗粒的疏水性部分根据需要可以为中空的、多孔的、或实心的。
在一些优选的实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的亲水性部分和疏水性部分的组合(亲水性部分/疏水性部分)优选为选自二氧化硅/聚苯乙烯(如WO 2016/026464A1中记载)、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚苯乙烯、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化钛/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体中的至少一种。在一些更优选的实施方案中，本发明的磁性Janus颗粒的亲水性部分和疏水性部分的组合(亲水性部分/疏水性部分)更优选为选自二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化钛/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体中的至少一种。
本发明的磁性Janus颗粒包括磁性组分，例如，如三氧化二铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)等铁氧化物，二氧化铬(CrO2)，磁性铁氧体(MFe2O4)，磁性尖晶石(MR2O4)，磁性六角铁氧体(MFe12O19)，磁性正铁氧体(RFeO3)，磁性石榴石M3R2(AO4)3，其中M表示二价金属，R表示三价金属并且A表示四价金属。从容易获得的观点来看，磁性组分优选为四氧化三铁。磁性组分可任意地存在于磁性Janus颗粒的亲水性部分、疏水性部分、或者二者。在一些优选的实施方案中，从更好地实现本发明的技术效果的观点来看，本发明的磁性组分至少存在于磁性Janus颗粒的疏水性部分，更优选地，本发明的磁性组分负载于磁性Janus颗粒的疏水性部分。
进一步，从更好地实现本发明的技术效果的观点来看，本发明的磁性Janus颗粒优选为结构形貌上不对称(各向异性)的磁性颗粒，例如具有圆柱状、碟状、汉堡状、哑铃状、链状、半树莓状、树莓状、或雪人状等形状的磁性颗粒，并且可以根据待处理的油水混合物的组成进行选择。从进一步更好地实现本发明的技术效果的观点来看，本发明的磁性Janus颗粒更优选为具有雪人状的磁性颗粒。本发明中，术语“雪人状”是指两个大小相同或不同的球体(或近似球体)以部分重叠的方式堆叠在一起而构成的立体结构(如图1中示出)。在本发明的磁性Janus颗粒为雪人状的磁性颗粒的情况下，构成“雪人状”的两个球体的直径的比例优选为1:4～4:1。
对于本发明的磁性Janus颗粒的尺寸没有特别限制，只要其能够起到固体颗粒乳化剂的作用即可，并且可以根据待处理的油水混合物的组成进行调节。在一些具体实施方案中，从更好地实现本发明的技术效果的观点来看，本发明的磁性Janus颗粒的尺寸优选为150～800nm，更优选为250～600nm。本发明的磁性Janus颗粒的尺寸可以通过本领域公知的方式来测量，例如通过扫描电子显微镜(SEM)来测量。
本发明中，磁性Janus颗粒可通过本领域中通常使用的方法来制备，例如，可通过乳液聚合法、种子乳液聚合法、分散聚合法、分散聚合-种子乳液聚合法等来制备。
b)磁性聚集分离步骤
在本步骤中，向乳液体系施加外部磁场A，使得分散相聚集，以将乳液体系形成为具有富集有分散相的富集乳液部分和不含分散相的液体部分，进而将富集乳液部分和液体部分分离。
外部磁场A的磁场强度通常根据所采用的磁性Janus颗粒的种类和油水混合物的组成来适当地选择。在一些具体实施方案中，外部磁场A的磁场强度优选为0.05T～2T，更优选为0.08T～1.5T。当外部磁场A的磁场强度小于该范围时，趋于难以实现分散相的聚集。当外部磁场A的磁场强度大于该范围时，由磁性Janus颗粒稳定的分散相趋于难以保持稳定。
在一些具体实施方案中，从更好地实现本发明的技术效果的观点来看，外部磁场A的施加时间优选为1秒～30分钟，优选为10秒～20分钟，更优选为2分钟～10分钟。当外部磁场A的施加时间小于该范围时，趋于难以实现满意的油水分离效果。当外部磁场A的施加时间大于该范围时，通常不能进一步改善分离效果，且对于油水分离效率产生不利影响。
通常，外部磁场A可以通过本领域已知的方式来施加。例如，外部磁场A可通过电磁铁或永磁铁来施加。这些磁铁可以为单独一个磁铁，或者可以为多个磁铁的任意形式的组合。
对于将富集乳液部分和液体部分分离的方法没有特别限制，可以使用本领域通常已知的手段，例如磁吸附富集乳液部分、抽吸富集乳液部分、使得液体部分流出等。
c)磁性Janus颗粒的回收步骤
本发明的油水分离方法可以按需要进一步包括磁性Janus颗粒的回收步骤。在本步骤中，向分离出的富集有分散相的乳液部分施加与外部磁场A相比磁场强度更大的外部磁场B，从而破乳并且回收所述磁性Janus颗粒。
外部磁场B的磁场强度优选大于外部磁场A的磁场强度。在一些优选的实施方案中，外部磁场B的磁场强度优选为0.1T～5T，更优选为0.2T～4T。当外部磁场B的磁场强度小于上述范围时，趋于难以实现良好的破乳。当外部磁场B的磁场强度大于上述范围时，趋于不能进一步改善破乳效果并且增加成本。
通常，外部磁场B可以通过本领域已知的方式来施加。例如，外部磁场B可通过电磁铁或永磁铁来施加。这些磁铁可以为单独一个磁铁，或者可以为多个磁铁的任意形式的组合。
分离出来的磁性Janus颗粒可以在按需要经历洗涤、干燥等过程之后再次用于本发明的油水分离方法中。
实施例
实施例1
在20ml水和2ml正己烷的混合物中，加入0.1g(相对于混合物的量，0.45重量％)磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)。在1000r/min转速下高速搅拌2min形成水包油乳液。用0.3T的磁铁对该体系吸附5min，由磁性Janus颗粒稳定的正己烷液滴(分散相)被磁场富集固定，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的正己烷液滴的富集乳液部分，油水分离效率(油水分离效率＝所分离出的油相(本实施例中为正己烷)的重量/混合物中的油相的总重量)为90％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入50ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
实施例2
在200ml炼化含油污水中，加入0.4g(相对于炼化含油污水的量，0.2重量％)磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，1000r/min转速下高速搅拌2min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为92％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
实施例3
在10ml餐厨污水中，加入0.1g(相对于餐厨污水的量，1重量％)磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，2000r/min转速下高速搅拌1min形成乳液。用0.3T的磁铁对该体系吸附5min，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为95％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入20ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
实施例4
在100ml炼化含油污水中，加入0.2g(相对于炼化含油污水的量，0.2重量％)磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，15000r/min转速下高速剪切1min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为91％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
实施例5
在200ml炼化含油污水中，加入0.4g(相对于炼化含油污水的量，0.2重量％)非交联的磁性二氧化硅/聚苯乙烯Janus颗粒，1000r/min转速下高速搅拌2min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为90％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
需要注意的是，非交联的磁性Janus颗粒虽然也具有两亲性，也可以用于油水分离。然而，由于非交联Janus颗粒耐溶剂性能比较差，例如，在N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃等有机溶剂作用下，线性PS会被溶解或部分溶解，导致颗粒形貌被破坏，出现塌陷或孔洞等，从而影响油水分离效果。因此，非交联Janus颗粒对某些油水两相体系并不适用。另外，非交联Janus颗粒的重复利用次数也会大大降低，限制了其应用。
实施例6
在200ml炼化含油污水中，加入0.4g(相对于炼化含油污水的量，0.2重量％)磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，1000r/min转速下高速搅拌2min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为90％。
对在所得的富集乳液部分，用5T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用5T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
比较例1
在100ml炼化含油污水中，加入0.2g磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，12000r/min转速下高速剪切1min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为77％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
比较例2
在200ml炼化含油污水中，加入0.4g磁性Janus颗粒(如图1中示出的磁性二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯Janus颗粒)，6000r/min转速下高速搅拌2min形成乳液。用0.8T的磁铁对该体系吸附5min后，使作为连续相的水相流出，从而分离包含由磁性Janus颗粒稳定的油污的富集乳液部分，实现油水分离，油水分离效率为79％。
对在所得的富集乳液部分，用3T的磁铁施加外部磁场，从而使得该富集乳液部分破乳。用3T的磁铁持续施加外部磁场以回收磁性Janus颗粒。进一步，向上述磁性Janus颗粒中加入100ml二氯甲烷洗涤两次，真空干燥得到磁性Janus粉末。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
产业上的可利用性
本发明的基于磁性Janus颗粒作为固体乳化剂的油水分离方法可在工业上用于各种油水混合物、尤其是存在乳状液的油水混合物的油水分离。

Claims (7)

1.一种油水分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将磁性Janus颗粒投入油水混合物中，使用高速剪切乳化机在13000～20000r/min下乳化或者使用高速搅拌机在300～5000r/min下乳化，形成包括连续相和由所述磁性Janus颗粒稳定的分散相的乳液体系，其中所述磁性Janus颗粒为雪人状，每个所述磁性Janus颗粒同时具有亲水性部分和疏水性部分，所述亲水性部分为二氧化硅或二氧化钛，所述疏水性部分为聚苯乙烯系树脂或者聚(甲基)丙烯酸酯系树脂；
b)向所述乳液体系施加外部磁场A，使得所述分散相聚集，以将所述乳液体系形成为具有富集有所述分散相的富集乳液部分和不含所述分散相的液体部分，进而将所述富集乳液部分和所述液体部分分离。
2.根据权利要求1所述的油水分离方法，其特征在于，步骤a)中，相对于油水混合物的总重量，所述磁性Janus颗粒的用量为0.001～5重量％。
3.根据权利要求1或2所述的油水分离方法，其特征在于，步骤b)中，所述外部磁场A的磁场强度为0.05T～2T。
4.根据权利要求1或2所述的油水分离方法，其特征在于，步骤b)中，所述外部磁场A的施加时间为1秒～30分钟。
5.根据权利要求1或2所述的油水分离方法，其特征在于，其进一步包括以下步骤：
c)向分离出的富集有所述分散相的乳液部分施加与所述外部磁场A相比磁场强度更大的外部磁场B，从而破乳并且回收所述磁性Janus颗粒。
6.根据权利要求5所述的油水分离方法，其特征在于，步骤c)中，所述外部磁场B的磁场强度为0.1T～5T。
7.根据权利要求1或2所述的油水分离方法，其特征在于，所述磁性Janus颗粒的亲水性部分和疏水性部分的组合为选自二氧化硅/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化硅/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化硅/聚苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚苯乙烯-二乙烯基苯、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二乙烯基苯、二氧化钛/聚苯乙烯-二(甲基)丙烯酸酯系单体、二氧化钛/聚(甲基)丙烯酸酯系单体-二(甲基)丙烯酸酯系单体中的至少一种。
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