機械加工過程產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定的保護膜，很難實現有效破乳。

目前常用的處理技術有氣浮、化學絮凝聯合氣浮、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，產生嚴重的二次污染，并且很難實現破乳劑的回收。開發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液滴的進一步聚并，最終液滴從連續相中分離出來。

(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) 的網絡結構

FMNPs 加入到乳狀液中后，先要經歷擴散過程，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，會改變乳狀液原本的網絡結構（D-F）。乳液有一定程度的失穩，出現液滴的絮凝和聚并，液滴的尺寸增大，最后在磁場作用下分離出來。

在此類含水樣品的研究中，傳統掃描電鏡（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。

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.