隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，碳納米管(CNTs)作為一種具有獨特物理和化學(xué)特性的納米材料，受到了廣泛關(guān)注。2025年，碳納米管行業(yè)在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在油水分離領(lǐng)域，通過接枝改性技術(shù)，碳納米管的應(yīng)用效果尤為顯著。本文通過對碳納米管接枝改性及其在油水分離中的應(yīng)用研究，探討了其在提升破乳性能和降低破乳成本方面的優(yōu)勢。

  一、碳納米管的接枝改性技術(shù)

  《2025-2030年中國碳納米管行業(yè)市場分析及發(fā)展前景預(yù)測報告》碳納米管(CNTs)因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在材料科學(xué)和環(huán)境工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，碳納米管的表面性質(zhì)較為惰性，限制了其在某些領(lǐng)域的直接應(yīng)用。為了提高碳納米管的表面活性和功能性，接枝改性技術(shù)成為一種重要的手段。通過胺化和疏水改性，可以合成具有特定功能的碳納米管復(fù)合材料。例如，本文中通過胺化和疏水改性合成了一種新型破乳劑CN-18，其在油水分離中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

  二、碳納米管在油水分離中的應(yīng)用效果

  (一)碳納米管破乳劑的合成與表征

  碳納米管行業(yè)應(yīng)用分析提到以碳納米管為原料，通過胺化和疏水改性合成了一種新型破乳劑CN-18。利用傅立葉變換紅外光譜和元素分析對其結(jié)構(gòu)進行了表征。結(jié)果表明，CN-18具有優(yōu)異的破乳性能，在55°C下，500mg·L?1的CN-18對O/W型乳液的180分鐘破乳效率能達到96.40%;在65°C下，500mg·L?1的CN-18對O/W型乳液的120分鐘破乳效率能達到98.73%。此外，CN-18具有良好的耐酸性，在較寬的pH值(2~8)范圍內(nèi)具有較高的破乳性能，破乳效率超過95.23%。

  (二)碳納米管破乳劑的破乳性能

  1.濃度對破乳性能的影響

  實驗結(jié)果表明，隨著CN-18濃度的升高，破乳效率明顯提升。當(dāng)CN-18濃度為500mg·L?1時，180分鐘破乳效率達到96.40%;當(dāng)濃度為400mg·L?1時，180分鐘破乳效率也達到90.60%。然而，當(dāng)CN-18濃度低于300mg·L?1時，無法完成有效破乳。這表明，CN-18濃度較低時，遷移到油水界面的CN-18較少，不能有效破壞界面膜，導(dǎo)致水滴難以聚結(jié)，無法破乳。而當(dāng)CN-18濃度升高時，越來越多的CN-18自發(fā)地遷移至油水界面并取代瀝青質(zhì)，最終破壞由瀝青質(zhì)構(gòu)成的界面膜，從而促使水滴聚結(jié)，實現(xiàn)油水分離。

  2.溫度對破乳性能的影響

  溫度是評價破乳劑破乳效率的重要指標。實驗結(jié)果表明，在適中溫度(45~65°C)下，CN-18的破乳效率隨著溫度的升高而顯著提升。在65°C時，CN-18的破乳效率最高可達到98.73%。這是因為溫度的升高降低了乳液的黏度，使得乳液中的水滴更容易聚結(jié);同時，CN-18分子的布朗運動加快，使其能更迅速地遷移至油水界面破壞界面膜，促進水滴聚結(jié)。此外，溫度的升高降低了瀝青質(zhì)在油水界面處的最大表面濃度，使得CN-18更有可能取代界面處的瀝青質(zhì)，從而提高破乳效率。

  3.pH值對破乳性能的影響

  實驗結(jié)果表明，CN-18在較寬的pH值(2~8)范圍內(nèi)具有較高的破乳效率，破乳效率超過95.23%。在酸性條件下，CN-18的破乳效率隨著酸性的增強有所提升，這可能是因為酸性條件使得CN-18表面的-NH發(fā)生質(zhì)子化，增強了其親水性，從而表現(xiàn)出更加合適的兩親性特征，使其破乳效率提升。而在堿性條件下，CN-18的破乳效率則隨著堿性的增強逐漸下降，當(dāng)pH值為12時，甚至出現(xiàn)不能破乳的現(xiàn)象。這可能是因為油水界面處因瀝青質(zhì)的存在而使液滴帶負電，堿性條件一方面增強了液滴之間的靜電斥力，使得液滴難以聚結(jié);另一方面使得CN-18表面的-NH發(fā)生去質(zhì)子化，破壞了其原有的兩親性。

  三、碳納米管破乳劑的破乳機理

  (一)動態(tài)界面張力

  采用垂滴法測定不同濃度CN-18在二甲苯中的動態(tài)界面張力。結(jié)果表明，CN-18具有優(yōu)異的降低動態(tài)界面張力的能力。當(dāng)水滴中溶有100mg·L?1的CN-18時，動態(tài)界面張力降至4.11mN·m?1。動態(tài)界面張力的下降過程可以分為三個階段：第一階段，CN-18在界面處的分散和吸附導(dǎo)致動態(tài)界面張力快速下降;第二階段，由于CN-18在界面處的持續(xù)吸附導(dǎo)致空間位阻的形成，動態(tài)界面張力降速趨緩;第三階段，CN-18在界面處的吸附已經(jīng)達到飽和，動態(tài)界面張力幾乎不再發(fā)生變化。這表明CN-18具有優(yōu)異的界面活性，可以有效地降低動態(tài)界面張力。

  (二)三相接觸角

  通過測定三相接觸角研究CN-18在油水界面的行為。實驗結(jié)果表明，CN-18可以取代油水界面的瀝青質(zhì)，形成熱力學(xué)不穩(wěn)定的復(fù)合界面膜，界面張力大幅下降，原來穩(wěn)定的瀝青質(zhì)界面膜被破壞，促使水滴聚結(jié)，實現(xiàn)油水分離。

  四、碳納米管破乳劑與商業(yè)破乳劑的比較

  為了進一步評價CN-18的破乳性能，將其與商業(yè)破乳劑DI-18、PDB9904、PDB9360、L64、RI14A進行了比較。結(jié)果表明，CN-18的破乳性能明顯優(yōu)于商業(yè)破乳劑。在相同條件下，CN-18的破乳效率為96.40%，而商業(yè)破乳劑DI-18、PDB9904、PDB9360、L64、RI14A的破乳效率分別為17.10%、85.17%、87.36%、91.25%、93.33%。此外，商業(yè)破乳劑通常以環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷為原料，需要嚴格控制反應(yīng)溫度，合成過程中存在較大的安全隱患。而CN-18的合成過程相對安全，同時具備優(yōu)異的破乳性能，在油水分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

  五、總結(jié)

  2025年，碳納米管行業(yè)在油水分離領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。通過胺化和疏水改性合成的新型破乳劑CN-18，具有優(yōu)異的破乳性能和良好的耐酸性。實驗結(jié)果表明，CN-18在55°C下，500mg·L?1對O/W型乳液的180分鐘破乳效率能達到96.40%;在65°C下，120分鐘破乳效率能達到98.73%。CN-18的破乳機理在于其良好的界面活性和界面張力降低能力，可以取代油水界面的瀝青質(zhì)并破壞由瀝青質(zhì)構(gòu)成的界面膜，實現(xiàn)有效的油水分離。CN-18具有破乳溫度低、破乳效率高、耐酸性強等優(yōu)點，在油水分離領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的增加，碳納米管有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為環(huán)境保護和資源利用提供新的解決方案。

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