​机械加工过程产生的废弃乳化液含有大量表面活性剂和矿物油，由于大量表面活性剂的存在，形成了纳米尺寸的微小油滴，同时表面活性剂成为一层稳定的保护膜，很难实现有效破乳。

目前常用的处理技术有气浮、化学絮凝联合气浮、化学和电化学技术、化学破乳剂、膜技术及生物技术等。由于油滴尺寸小、质轻，通常需要很长的停留时间，油水分离比较缓慢且低效。

尽管化学破乳剂具有广泛的应用，但是处理后化学破乳剂会在留在水中，产生严重的二次污染，并且很难实现破乳剂的回收。开发新型高效和低成本的机加工废液处理技术成为亟待解决的问题。

同济大学研究者设计合成了一种功能化磁性纳米粒子(Functional magnetic nanoparticle, FMNPs），并通过飞纳电镜温控样品杯研究了 FMNPs 对废弃乳化液的处理效果及其破乳过程和机制。

破乳过程

在 FMNPs 作用下乳液的破乳经历了两个过程：

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；

随后，在磁场的作用下，表面吸附有 FMNPs 的液滴群体进行定向迁移，迁移过程中，由于液滴间的相互挤压也会出现液滴的进一步聚并，终液滴从连续相中分离出来。

(A-C) FMNPs 在液滴表面的分布 (D) FMNPs 与乳化剂 (0.125 g/L SDBS) 的结合状况，(E) FMNPs与乳化剂 (1.0 g/L SDBS) 的结合状况，(F) 乳化剂 (1.0 g/L SDBS) 的网络结构

FMNPs 加入到乳状液中后，先要经历扩散过程，迁移到液滴表面（A-C），并与液滴表面的表面活性剂发生相互作用，进而粘附在液滴表面。由于液滴与表面活性剂间的结合，会改变乳状液原本的网络结构（D-F）。乳液有一定程度的失稳，出现液滴的絮凝和聚并，液滴的尺寸增大，后在磁场作用下分离出来。

在此类含水样品的研究中，传统扫描电镜（SEM）无法直接观察样品，通常需要将样品干燥后在放入 SEM 观察，但是干燥后样品中的凝胶结构塌陷，破坏了样品内部真实的形貌。

飞纳（Phenom）电镜温控样品杯可以将含水样品迅速冷冻，然后放入样品仓观察，保留了样品内部的空间结构，对于含水样品的研究提供了一套快速可行的研究方案。

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利用飞纳电镜温控样品杯观察在不同活性剂浓度下，乳液结构的变化

含水样品研究方法对比

· Cryo-SEM：操作复杂、样品制备复杂、成本高
· 干燥（冷冻干燥）：结构塌陷，不利于 “破乳” 机制分析
· Phenom 温控样品杯：操作简单、效率高、成本低

参考文献

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.