[发明专利]一种超稳定Pickering柴油乳状液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超稳定Pickering柴油乳状液及其制备方法，属于胶体与界面化学领域。本发明乳状液中仅用少量纳米氧化铝(Al₂O₃)颗粒超声分散于水中，与柴油均质乳化后即可获得O/W型柴油乳状液，乳状液中柴油的体积分数可以达到70％以上。本发明乳状液中氧化铝颗粒在柴油环境下产生原位疏水化作用，使强亲水性的纳米氧化铝颗粒转变为表面活性颗粒，从而能够稳定Pickering乳状液。本发明柴油乳状液具有超稳定性，室温下可以储存一年以上，通过加入微量阳离子型表面活性剂可以使其破乳，在柴油乳化输送和钻井液制备等领域具有潜在的应用。

技术领域

本发明具体涉及一种超稳定Pickering柴油乳状液及其制备方法，属于胶体与界面化学领域。

背景技术

乳状液是一种或几种液体以液滴的形式分散在另一种不相溶的液体中构成的多相分散体系，外观具有牛奶状。普通乳状液包括简单乳状液，有O/W(水包油)型和W/O(油包水)型；以及多重乳状液，有W/O/W或O/W/O型。乳状液在民用和工业及技术领域有广泛的应用，例如一些食品、化妆品、药品、农药制剂等具有乳状液的形式，此外乳状液还广泛应用于乳液聚合、新材料制备以及油品乳化输送等行业。

乳状液属于热力学不稳定体系，但可以通过加入第三组分乳化剂而保持较长期限的动态稳定。乳状液的不稳定过程包括沉降或乳析、絮凝、聚结以及Ostwald熟化等过程，其中絮凝和聚结对乳状液的最终破坏最为致命。乳化剂的种类有多种，最常用的乳化剂为表面活性剂或高分子双亲化合物，它们吸附在油/水界面，降低油/水界面张力，形成紧密的、刚性的界面膜，通过静电排斥或位阻排斥作用防止液珠之间发生絮凝和聚结，从而使乳状液稳定。

与分子类乳化剂不同，一些双亲性胶体颗粒能够几乎不可逆地吸附于油/水界面，形成一层固态吸附膜，从而防止液滴之间的絮凝和聚结。常见的颗粒类乳化剂包括具有类似于表面活性剂不对称结构的Junas颗粒，以及表面性质几乎均匀一致的颗粒。后者能够部分被水润湿，部分被油润湿，即在油/水界面形成有限的接触角。当接触角小于90°时稳定O/W型乳状液，而当接触角大于90°时稳定W/O型乳状液。这类由固体颗粒稳定的乳状液称为Pickering乳状液。由于使这些颗粒从油/水界面脱附所需的能量比颗粒本身的热能要高数千倍，因此这些颗粒很难自界面脱附，它们赋予Pickering乳状液优良的稳定性或超稳定性。

获得表面活性颗粒的方法有多种。除了有极少数颗粒天生具有表面活性剂外，大多数商品胶体颗粒是没有表面活性的，因此表面活性颗粒一般需要通过化学合成或化学改性获得。

一种方法是使表面带电荷的无机纳米颗粒与离子型双亲化合物在溶液中发生原位疏水化作用，其中离子型双亲化合物或离子型表面活性剂通过静电作用吸附到颗粒表面，在颗粒表面形成一层疏水性单分子层，使得颗粒的亲水性下降，亲油性增加，从而变成双亲颗粒。常用的无机纳米颗粒有纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝等，它们在水介质中通常是带电荷的，所带电荷的多少和符号取决于溶液的pH。纳米氧化铝(Al₂O₃)在中性水介质中带正电荷，属于极性吸附剂，能够通过静电作用吸附带负电荷的离子型双亲化合物转变为表面活性颗粒，或者吸附极性有机物转变成表面活性颗粒。所以，目前在油品乳化过程中，纳米氧化铝都需配合阴离子表面活性剂修饰才能够起到乳化作用。

发明内容

为了在柴油乳化制备其Pickering乳状液过程中，避免表面活性剂的使用，本发明使用适量纳米氧化铝颗粒作为乳化剂，即可制备超稳定的O/W型柴油乳状液。本发明使用的水相可以是去离子水或自来水，而柴油与水的界面张力通常远低于纯烷烃与水的界面张力，当柴油在水介质中与纳米氧化铝颗粒相遇时，其中的极性成分就会吸附到氧化铝颗粒表面，产生原位疏水化作用，从而使纳米氧化铝颗粒变为表面活性颗粒，能够稳定Pickering乳状液。形成的乳状液具有优良的稳定性，可以储存一年以上，在钻井液和柴油的乳化运输等行业具有潜在的应用。