《磁回響生物破乳菌的設計製備及其強化破乳機制》是依託同濟大學，由彭開銘擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁回響生物破乳菌的設計製備及其強化破乳機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：彭開銘
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
油水乳狀液的破乳具有資源回收和污染控制的雙重效益。前期研究表明生物破乳菌有破乳率高、環境友好等優勢；但也存在破乳速率偏低、破乳後菌體殘留的問題。本項目將磁性納米粒子與破乳菌結合設計製備了不同磁回響破乳菌(Magnetically Responsive Bacterial Demulsifier, MRBD)以強化破乳效能並實現破乳菌回用。通過穩定性分析儀和微吸液管測試平台分析MRBD對破乳巨觀過程和微觀液滴演變的影響規律，明晰其強化破乳的關鍵階段。採用雷射共聚焦顯微鏡和冷凍掃描電鏡考察MRBD在乳狀液中的3D分布演變；基於磁操縱技術平台探究MRBD在油相、水相中遷移的力學特徵，重點分析測定MRBD在油水界面吸附解吸過程的能變；分析MRBD的行為特徵對破乳效能和破乳過程的影響規律，揭示MRBD強化破乳的關鍵因素和機制。研究成果將為定向合成高效破乳菌提供理論和技術支撐。
結題摘要
廢棄乳化液具有成分複雜、污染物濃度高、穩定性極強的顯著特點，屬於國家危險廢物名錄（HW09），廢棄乳化液的破乳（油水分離）是廢水處理和油資源回收的關鍵。生物破乳菌有破乳率高、環境友好等優勢；但也存在破乳速率偏低、破乳後菌體殘留的問題。本項目將磁性納米粒子和破乳菌結合，設計製備了磁回響破乳菌，以及直接用於破乳的新型功能化磁性納米顆粒；探究了磁性顆粒破乳劑對乳化液的破乳過程的作用機制；並進一步開發了磁絮凝破乳分離技術與工程套用。研究首次成功合成了具有磁回響的破乳菌系列，且可實現其表面親疏水、帶電性、磁回響性可調，磁回響破乳菌相比於破乳菌其對乳化液破乳速率提高33%，破乳後脫水質量提高6倍，可實現至少3次回收再利用。並進一步設計合成了直接用於乳化液破乳的功能化磁性納米顆粒(M@NH2)，對複雜的機械加工廢棄乳化液可實現85%~97%的破乳率。對顆粒破乳劑破乳過程與機制的研究表明，磁性顆粒破乳可分為三個階段：磁性顆粒粘附到液滴表面，液滴發生聚並，在外磁場作用下磁性顆粒拖拽液滴實現定向遷移聚集，並最終完成破乳。其中基於靜電作用力磁性納米顆粒吸附乳化液中保護油滴穩定的乳化劑分子，破壞其結構的穩定性；同時基於磁性顆粒的表面親疏水性和尺寸效應粘附到油滴表面，破乳界面結構，促進液滴之間的聚並；外磁場作用力驅動下，磁性顆粒破乳劑拖動油滴定向遷移，實現乳化液中液滴聚集聚並，並最終實現加速破乳油水分離。在技術開發與工程套用方面的研究表明，將絮凝劑與磁性顆粒進行耦合開發出了的磁絮凝破乳技術可實現對實際機械加工廢棄乳化液的破乳分離。與傳統絮凝相比，磁絮凝所需的絮體分離時間縮短了80%~95%，絮體體積減少了50%~80%。該項目研究成果為機械加工廢棄乳化液高效、低成本處理提供了的新的技術途徑與工程示範，為乳化液破乳過程中磁場作用機制的研究奠定了基礎。
