機械加工過程產(chǎn)生的廢棄乳化液含有大量表面活性劑和礦物油，由于大量表面活性劑的存在，形成了納米尺寸的微小油滴，同時表面活性劑成為一層穩(wěn)定的保護膜，很難實現(xiàn)有效破乳。
目前常用的處理技術有氣浮、化學絮凝聯(lián)合氣浮、化學和電化學技術、化學破乳劑、膜技術及生物技術等。由于油滴尺寸小、質(zhì)輕，通常需要很長的停留時間，油水分離比較緩慢且低效。
盡管化學破乳劑具有廣泛的應用，但是處理后化學破乳劑會在留在水中，產(chǎn)生嚴重的二次污染，并且很難實現(xiàn)破乳劑的回收。開發(fā)新型高效和低成本的機加工廢液處理技術成為亟待解決的問題。
同濟大學研究者設計合成了一種功能化磁性納米粒子(functional magnetic nanoparticle, fmnps），并通過飛納電鏡溫控樣品杯研究了 fmnps 對廢棄乳化液的處理效果及其破乳過程和機制。
破乳過程
在 fmnps 作用下乳液的破乳經(jīng)歷了兩個過程：
首先是 fmnps 分散并吸附到液滴表面，引起液滴的絮凝聚并，液滴的尺寸有一定程度的增大；
隨后，在磁場的作用下，表面吸附有 fmnps 的液滴群體進行定向遷移，遷移過程中，由于液滴間的相互擠壓也會出現(xiàn)液滴的進一步聚并，終液滴從連續(xù)相中分離出來。
(a-c) fmnps 在液滴表面的分布 (d) fmnps 與乳化劑 (0.125 g/l sdbs) 的結合狀況，(e) fmnps與乳化劑 (1.0 g/l sdbs) 的結合狀況，(f) 乳化劑 (1.0 g/l sdbs) 的網(wǎng)絡結構
fmnps 加入到乳狀液中后，先要經(jīng)歷擴散過程，遷移到液滴表面（a-c），并與液滴表面的表面活性劑發(fā)生相互作用，進而粘附在液滴表面。由于液滴與表面活性劑間的結合，會改變?nèi)闋钜涸镜木W(wǎng)絡結構（d-f）。乳液有一定程度的失穩(wěn)，出現(xiàn)液滴的絮凝和聚并，液滴的尺寸增大，后在磁場作用下分離出來。
在此類含水樣品的研究中，傳統(tǒng)掃描電鏡（sem）無法直接觀察樣品，通常需要將樣品干燥后在放入 sem 觀察，但是干燥后樣品中的凝膠結構塌陷，破壞了樣品內(nèi)部真實的形貌。
飛納（phenom）電鏡溫控樣品杯可以將含水樣品迅速冷凍，然后放入樣品倉觀察，保留了樣品內(nèi)部的空間結構，對于含水樣品的研究提供了一套快速可行的研究方案。
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利用飛納電鏡溫控樣品杯觀察在不同活性劑濃度下，乳液結構的變化
含水樣品研究方法對比
· cryo-sem：操作復雜、樣品制備復雜、成本高
· 干燥（冷凍干燥）：結構塌陷，不利于 “破乳” 機制分析
· phenom 溫控樣品杯：操作簡單、效率高、成本低
參考文獻
peng, k., xiong, y., lu, l., liu, j., & huang, x. (2018). recyclable functional magnetic nanoparticles for fast demulsification of waste metalworking emulsions driven by electrostatic interactions. acs sustainable chemistry & engineering, 6(8), 9682-9690.