隨著納米技術的快速發展，碳納米管(CNTs)作為一種具有獨特物理和化學特性的納米材料，受到了廣泛關注。2025年，碳納米管行業在多個領域展現出巨大的應用潛力，尤其是在油水分離領域，通過接枝改性技術，碳納米管的應用效果尤為顯著。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勢。
《2025-2030年中國碳納米管行業市場分析及發展前景預測報告》碳納米管(CNTs)因其獨特的結構和優異的物理化學性質，在材料科學和環境工程中具有廣泛的應用前景。然而，碳納米管的表面性質較為惰性，限制了其在某些領域的直接應用。為了提高碳納米管的表面活性和功能性，接枝改性技術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複合材料。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出優異的性能。
(一)碳納米管破乳劑的合成與表徵
碳納米管行業應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構進行了表徵。結果表明，CN-18具有優異的破乳性能，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)範圍內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
實驗結果表明，隨著CN-18濃度的升高，破乳效率明顯提升。當CN-18濃度為500mg·L⁻¹時，180分鐘破乳效率達到96.40%;當濃度為400mg·L⁻¹時，180分鐘破乳效率也達到90.60%。然而，當CN-18濃度低於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，導致水滴難以聚結，無法破乳。而當CN-18濃度升高時，越來越多的CN-18自發地遷移至油水界面並取代瀝青質，最終破壞由瀝青質構成的界面膜，從而促使水滴聚結，實現油水分離。
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;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。此外，溫度的升高降低了瀝青質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，從而提高破乳效率。
3.pH值對破乳性能的影響
實驗結果表明，CN-18在較寬的pH值(2~8)範圍內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發生質子化，增強了其親水性，從而表現出更加合適的兩親性特徵，使其破乳效率提升。而在鹼性條件下，CN-18的破乳效率則隨著鹼性的增強逐漸下降，當pH值為12時，甚至出現不能破乳的現象。這可能是因為油水界面處因瀝青質的存在而使液滴帶負電，鹼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;另一方面使得CN-18表面的-NH發生去質子化，破壞了其原有的兩親性。
(一)動態界面張力
採用垂滴法測定不同濃度CN-18在二甲苯中的動態界面張力。結果表明，CN-18具有優異的降低動態界面張力的能力。當水滴中溶有100mg·L⁻¹的CN-18時，動態界面張力降至4.11mN·m⁻¹。動態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致動態界面張力快速下降;第二階段，由於CN-18在界面處的持續吸附導致空間位阻的形成，動態界面張力降速趨緩;第三階段，CN-18在界面處的吸附已經達到飽和，動態界面張力幾乎不再發生變化。這表明CN-18具有優異的界面活性，可以有效地降低動態界面張力。
(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。實驗結果表明，CN-18可以取代油水界面的瀝青質，形成熱力學不穩定的複合界面膜，界面張力大幅下降，原來穩定的瀝青質界面膜被破壞，促使水滴聚結，實現油水分離。
為了進一步評價CN-18的破乳性能，將其與商業破乳劑DI-18、PDB9904、PDB9360、L64、RI14A進行了比較。結果表明，CN-18的破乳性能明顯優於商業破乳劑。在相同條件下，CN-18的破乳效率為96.40%，而商業破乳劑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，商業破乳劑通常以環氧乙烷和環氧丙烷為原料，需要嚴格控制反應溫度，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，同時具備優異的破乳性能，在油水分離領域具有廣闊的應用前景。
五、總結
2025年，碳納米管行業在油水分離領域展現出巨大的應用潛力。通過胺化和疏水改性合成的新型破乳劑CN-18，具有優異的破乳性能和良好的耐酸性。實驗結果表明，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的破乳機理在於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並破壞由瀝青質構成的界面膜，實現有效的油水分離。CN-18具有破乳溫度低、破乳效率高、耐酸性強等優點，在油水分離領域具有良好的應用前景。未來，隨著技術的不斷進步和市場需求的增加，碳納米管有望在更多領域發揮重要作用，為環境保護和資源利用提供新的解決方案。
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