破乳(英文名:demulsification),物理学名词和现象,是指乳状液完全破坏,成为不相混溶的两相。
现象
又称反乳化作用。 (demulsification)
乳状液的
分散相小液珠聚集成团,形成大液滴,最终使油水两相分层析出的过程。
实质
破乳实质上就是消除乳状液稳定化条件、使分散的液滴聚集、分层的过程。在许多生产过程中,往往需要将稳定的乳状液破坏,即破乳,如原油脱水,从洗羊毛的废液回收羊毛酯需要破坏这些乳状液,
化学反应过程中水洗时发生乳化后的脱水等。
方法分类
破乳方法主要分为化学破乳法、物理破乳法、生物破乳剂法、联合破乳法和膜破乳法。化学破乳法有破乳剂法、电解质破乳法;物理破乳法主要有重力法、离心法、电学破乳法、膜润湿聚结法和研磨破乳法;膜破乳法有微滤膜破乳法和微孔膜破乳法。
原理
表面活性剂受到温度变化或者其他外界因素,由
乳化状态变成油水分离的过程,主要是乳化不稳定造成。破乳后的表面活性剂如化妆品、
食品添加剂、印染助剂等失去使用性能,而且会引起副作用。
能有效地使
乳状液破坏的试剂称为
破乳剂(demulsifier),它们通常是在
油水界面上有强烈吸附倾向,但又不能形成牢固的
界面膜的一类表面活性剂。有阴离子型破乳剂(如脂肪酸盐、
磺酸盐类、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯脂肪醇磷酸盐等);阳离子型破乳剂(如氯化十四烷基三甲基铵等);非离子型破乳剂(如聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇(或苯酚)醚、聚氧乙烯聚氧丙烯多乙烯多胺醚)。
乳状液的破坏过程通常分为两步。第一步是絮凝过程,在此过程中分散相粒子聚集成团,而各粒子仍然存在。絮凝过程是可逆的,即聚集成团的粒子在外界作用下又可分离开来,处于形成和解离动态平衡。若絮团与介质的密度差足够大时,则会加速分层,若乳状液的浓度足够大,其黏度则会显著增高。乳状液破坏的第二步是聚结过程,在此过程中,这些絮凝成团的粒子形成一个大液滴,与此对应,乳状液中的液珠数目随时间增加而不断减少,最终乳状液完全破坏,此过程是不可逆的。
VandenTempl将Smoluchowski M的对憎液溶胶的聚沉理论应用于乳状液。乳状液的聚沉是一个由两个连续反应组成的过程,其总的速率为慢反应所控制。在O/W型稀乳状液中,
絮凝速率远小于聚集速率。因此,乳状液的稳定性由影响聚集的各因子所决定。这时,乳状液聚沉破乳由絮凝步骤所控制。在O/W型高浓度乳状液中,絮凝速率显著增大,聚集速率较絮凝速率小得多。
破乳常用方法
长时间静置
水平旋转摇动分液漏斗
当两液层由于
乳化而形成界面不清时,可将
分液漏斗在水平方向上缓慢地旋转摇动,这样可以消除界面处的“泡沫”。促进分层。
用滤纸过滤
对于由于有树脂状、粘液状
悬浮物存在而引起的
乳化现象,可将分液漏斗中的物料,用质地密致的滤纸,进行
减压过滤。过滤后物料则容易分层和分离。
加乙醚
比重接近l的溶剂,在萃取或洗涤过程中,容易与水相
乳化,这时可加入少量的乙醚,将
有机相稀释,使之比重减小,容易分层。
补加水或溶剂,再水平摇动
向
乳化混合物中缓慢地补加水或溶剂,再进行水平旋转摇动,则容易分成两相。至于补加水,还是补加溶剂更有效,可将乳化混合物取出少量,在试管中预先进行试探。
加乙醇
对于有乙醚或氯仿形成的
乳化液,可加入5~10滴乙醇,再缓缓摇动,则可促使乳化液分层。但此时应注意,萃取剂中混入乙醇,由于分配系数减小,有时会带来不利的影响。
离心分离
加无机盐及减压
对于
乙酸乙酯与水的
乳化液,加入食盐、硫酸铵或氯化钙等无机盐,使之溶于水中,可促进分层。另外,将乳化部分取出,小心地温热至50℃,或用水泵进行减压
排气,都有利于分离。对于由乙醚形成的乳化液,可将乳化部分分出,装入一个细长的筒形容器中,向液面上均匀地筛撒充分脱水的硫酸钠粉末,此时,硫酸钠一边吸水,一边下沉,在容器底部可形成
水溶液层。
加热
让分液漏斗可以连上冷凝管,实现加热破乳。
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类型
对O/W型乳化液破乳
对0/W型乳化液可以用化学、电解和物理等方法进行破乳。破乳就是把混合物的各部分分离到其原始状态。O/W型乳化液一般用化学方法进行破乳。用机械方法进行破乳时,再辅助用一些化学方法能够增强其破乳能力。在破乳过程中,必须对一些促使系统稳定的因素加以克制,才能使油滴聚合。油滴周围必须增加其相反电性的电荷,使其保持中性,化学药剂(此时就是破乳剂)就能提供相反电性的电荷。油和水的特征促使油滴在乳化液中带有负电荷,所以要想破乳,必须引进正电荷. 理论上,O/W型乳化液能够完全分为油和水两层,但是这很难做到:因为在油水交界处存在着一个界面,在那里聚集着一些固体颗粒和中性的乳化剂。
对O/W型乳化液进行破乳一般经过两个过程:
①聚结这个过程是破坏表面活性剂对乳化液的影响,或者是中和带电的油滴。
②絮凝这个过程是使中性的油滴凝聚成较大的油滴。
通常,在O/W型乳化液处理的工厂中,硫酸一直作为破乳剂进行第一步脱水。酸能够
使表面活性剂中的羧基变成羧酸,从而影响表面活性剂的性能,促使油滴聚结。铁盐或者铝盐等絮凝剂可以代替酸进行破乳,因为它不仅能破坏活性剂,而且还能使油滴聚合。但是铁和铝很容易形成
氢氧化物胶体,很难脱水。酸一般比盐破乳的效率更高,但是过油水分离后,必须对酸化水进行处理。有机破乳剂是高效破乳剂,它比无机破乳剂更加持久、有效。在许多处理厂,有机破乳剂已经代替了无机破乳剂。除了效果更好以外,它的用量更少,还可以降低50%~75%的污泥生成。
对W/O型乳化液破乳
对W/O型乳化液的破乳方法有化学方法和物理方法,例如有加热、离心和真空过滤法等等。离心法是利用离心力把水相和油相进行分层;过滤法是用高速粗砂过滤器或
硅藻土过滤器对乳化液进行过滤。这些设备必须认真操作才能得到较好质量的油。化学方法就是让溶解在油里的水滴不荐稳定,或者是破坏乳化剂。酸化也许是一个很好的破乳方法,因为它既能溶解固体物料,又能降低表面张力。最新的破乳方法是用一种既含有亲水端又含有亲油端的破乳剂,它能把W/O型乳化液变成一种亲水的混合物。其机理是:在油水界面,用更具活性的表面活剂去代替以前的表面活性剂。可以用加热的方法来给这个过程加速,因为加热能够降低黏度、增加溶解度并增加表面活性剂在油相中的扩散。因为W/O型乳化液中的水滴带有正电荷,所以一般用带有负电荷的有机破乳剂进行破乳。有时候用酸和有机类破乳剂搭配使用会取得良好的效果。
总之,破乳剂必须充分混合到W/O型乳化液中去,这样才能充分接触到水滴,一般加热到49~82℃时脱水速度比较快,充足的时间才能保证最佳的破乳效果。