分散液滴乳液及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種分散液滴乳液及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:20～1:2000混合，得到分散性溶劑；以及將分散性溶劑與無機鹽水溶液混合，形成分散液滴乳液；其中，分散性溶劑與無機鹽水溶液在靜態混合器中混合。通過將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑混合得到的分散性溶劑送入靜態混合器中與水溶液混合，快速制備出了粒徑可控且直徑分布較寬的分散均一液滴乳液。該方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統分散液滴乳液制備過程中粒徑范圍過寬、設備體積大、占地面積大、造價昂貴以及操作困難的問題。
【專利說明】分散液滴乳液及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學工程【技術領域】，具體而言，涉及一種分散液滴乳液及其制備方法。【背景技術】
[0002]傳統的液/液分散方法主要包括攪拌法、定轉子法、超聲法和高壓均化法等，其中攪拌器是最常用的液/液分散設備，分散相通過湍流的剪切力破碎，然而湍流也造成高能耗。對于定轉子系統，如缺口圓盤高速均化器和膠體磨均是通過定子和轉子之間的粗糙或皺縮產生高剪切力，是流體分散和液滴形成的主要原因。對于高壓乳化混合系統，流體通過一個窄口，局部的湍流造成液滴的破碎，通常壓力范圍是在5MPa到35MPa之間。此外，人們常利用超聲或電場輔助強化液/液分散，而這些強化作用大多是湍流和空化現象相互作用的結果。
[0003]然而，上述測定方法存在一些缺點，主要包括以下五個方面:(1)常規分散面臨著液滴粒徑無法控制，液滴尺寸分布較寬等問題；(2)采用的設備體積大、重量大；(3)接觸的兩流體間需要有密度差(4)放大困難，需要進行復雜的流體力學計算。
[0004]鑒于影響制備分散液滴的因素較多，尤其是采用表面活性劑用于穩定被測體系時，要考慮表面活性劑成分對分散液滴制備的影響。傳統的制備分散液滴的方法，如攪拌法、定轉子法、超聲法、高壓均化法、膜分散法等，采用上述方法制備分散液滴所需的設備都較為復雜且耗費時間較長，同時制備出的分散液滴粒徑分布較寬。因此，為了快速和準確獲得均一的分散液滴，往往需要經過大量實驗，篩選各種實驗條件，造成了時間、人力成本的浪費。所以目前迫切需要出現一種能夠快速、可控制備均一分散液滴的方法。
[0005]液/液微分散法制備分散液滴乳液是近幾年出現的一種制備尺寸均一且可控的液滴乳液的有效方法，原理是通過溶質在兩相之間的溶解度差和溶劑的親疏水作用，將溶質將分散于水相中，形成分散液滴，由于兩相傳質速率的控制，所制備的分散液滴直徑可控性較差，且由于兩相充分混合時間較長，易引起分散液滴直徑分布較寬。
【發明內容】
[0006]本發明旨在提供一種分散液滴乳液及其制備方法，以解決現有技術中存在的分散液滴乳液在制備過程中分散液滴的直徑可控性較差以及分散液滴直徑分布較寬的技術問題。
[0007]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種分散液滴乳液的制備方法，包括以下步驟:將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:20?1:2000混合，得到分散性溶劑；以及將分散性溶劑與無機鹽水溶液混合，形成分散液滴乳液；其中，分散性溶劑與無機鹽水溶液在靜態混合器中混合。
[0008]進一步地，疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:100?1:200混合。
[0009]進一步地，還包括對無機鹽水溶液和/或分散液滴乳液進行調整的步驟，調整無機鹽水溶液和/或分散液滴乳液的溫度為20°C?25°C，pH值至3.0?11.0。[0010]進一步地,采用酸或堿調節pH值,酸為鹽酸和/或硫酸；堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
[0011]進一步地，在將分散性溶劑與水溶液混合之前還包括對分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。
[0012]進一步地，親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮和乙腈中的一種或多種；疏水性有機溶劑為三辛胺、三烷基氧膦、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、正十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。
[0013]進一步地，無機鹽水溶液為氯化鈉水溶液、氯化鉀水溶液、氯化鈣水溶液、硫酸鈉水溶液、硫酸鉀水溶液、硝酸鈉水溶液、硝酸鉀水溶液、氯化銅水溶液、硫酸銅水溶液和硝酸銅水溶液中的一種或多種。
[0014]進一步地，疏水性有機溶劑的摩爾數與所述親水性有機溶劑的體積的比值為
1.0X10 4mol/L ~1.0X10 2mol/L。
[0015]進一步地，靜態混合器為SV型靜態混合器、SK型靜態混合器、SX型靜態混合器、SH型靜態混合器或SL型靜態混合器。
[0016]根據本發明的另一方面，提供了一種分散液滴乳液，該分散液滴乳液采用上述任一種方法制備而成。
[0017]采用本發明的技術方案，本發明將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑混合，得到了分散性溶劑，將分散性溶劑送入靜態混合器中與水溶液混合，快速制備出了粒徑可控且直徑分布較寬的分散均一液滴乳液。本發明的制備方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統的液滴乳液制備過程中粒徑范圍過寬以及設備體積大，造價昂貴，操作困難，占地面積大等缺點，并且可以應用于如石油和化工中反應分離、乳液制備以及納米顆粒制備等具有不同酸堿和離子強度的溶液體系中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了根據本發明一種典型實施例的采用靜態混合器制備均一分散液滴乳液的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0021]根據本發明的一種典型實施方式，提供了一種分散液滴乳液的制備方法，包括以下步驟:將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:20~1:2000混合，得到分散性溶劑；以及將分散性溶劑與無機鹽水溶液混合，形成分散均一液滴乳液；其中，分散性溶劑與無機鹽水溶液在靜態混合器中混合。
[0022]本發明將親水性有機溶劑與疏水性有機溶劑混合，得到分散性溶劑，將分散性溶劑送入靜態混合器與無機 鹽水溶液混合，可以快速制備出粒徑可控且直徑分布較寬的分散均一液滴乳液。本發明的制備方法操作簡單且經濟適用，避免了傳統的液滴乳液制備過程中粒徑范圍過寬以及結構復雜，設備體積大，占地面積大等缺點，并且可以應用于如石油和化工中反應分離、乳液制備以及納米顆粒制備等具有不同酸堿和離子強度的溶液體系中。
[0023]本發明的圖1中示出了采用靜態混合器制備分散液滴乳液的流程結構示意圖。從圖1中可以看出，將親水性有機溶劑與疏水性有機溶劑混合后形成的分散性溶劑注入第一注射泵11中，將水溶液注入第二注射泵12中，在第一注射泵11和第二注射泵12的驅動下，分散性溶劑和無機鹽水溶液快速注入到靜態混合器2中充分混合，形成粒徑均一的分散液滴乳液，液滴乳液繼續向前流入收集皿3中。由于采用靜態混合器進行液液分散耦合制備分散液滴的技術，在溶劑的親疏水作用下，親水性有機溶劑很快溶于無機鹽水溶液中，而疏水性有機溶劑則快速析出，形成粒徑均一的分散液滴乳液。
[0024]本發明的制備方法不需要大型設備儀器，僅采用靜態混合器進行混合，因此設備所需費用極低，同時操作簡單，制備過程時間較短，一般小于0.1秒。由于該制備過程中既利用了液液兩相溶解度差形成液滴，也利用了靜態混合器的傳質速率高進一步強化分散過程，因此所制備出的分散液滴粒徑可控，可以通過控制親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑的質量比或者濃度對分散液滴粒徑進行控制，制備出所需粒徑的分散液體乳液，此外分散液地粒徑分布窄，變異系數值小，且粒徑大小均一。
[0025]本發明所采用的靜態混合器是一種沒有運動部件的高效混合設備，包括SV型靜態混合器、SK型靜態混合器、SX型靜態混合器、SH型靜態混合器或SL型靜態混合器。靜態混合器的基本工作機理是利用固定在管內的混合單元體改變流體在管內的流動狀態，以達到不同流體之間良好分散和充分混合的目的，其主要特點包括:①混合性能好，效率高，易實現連續化生產，降低勞動強度，提高生產效率；②操作彈性大，操作穩定放大效應小，放大容易；靜態混合器型號、規格多，適用范圍廣；④結構簡單，設備體積小，占地面積小，不易損壞，設備費用低能耗低，操作費用小。
[0026]為了能夠更好地控制分散液滴的粒徑大小以及分布，優選地，疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:100?1:200混合。如果疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑質量比過大或過小，會降低最終液滴分布的均勻性。
[0027]根據本發明的一種優選實施方式，還包括對無機鹽水溶液和/或分散液滴乳液進行調整的步驟，調整無機鹽水溶液和/或分散液滴乳液的溫度為20°C?25 V, pH值至3.0?11.0。本發明中可以調整進入靜態混合器之前的無機鹽水溶液的pH值至3.0?
11.0，也可以對從靜態混合器中流出的分散液滴乳液進行調整，使其pH值至3.0?11.0，也可以同時調整無機鹽水溶液以及分散液滴乳液，使得最終得到的分散液滴乳液的pH值至
3.0?11.0，如果分散液滴乳液的pH值大于11.0或pH值小于3.0，則會降低液滴分布的均勻性以及液滴體系的穩定性，如果分散液滴乳液的PH值大于11.0，會造成一些高價陽離子在堿性環境下析出沉淀。當分散液滴乳液的溫度為20°C?25°C且pH值為3.0?11.0時，分散液滴乳液的性能更加穩定。
[0028]本發明優選采用酸或堿調節分散液滴乳液的pH值，但并不局限于此，也可以采用酸式鹽等。優選地，所采用的酸為鹽酸或硫酸，所采用的堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0029]根據本發明的一種典型實施方式，在將分散性溶劑與水溶液混合之前還包括對分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。由于在整個分散液滴乳液的制備過程中均采用氮氣氣氛進行保護，超聲脫氣避免了在水溶液中形成微小氣泡，同時保護了氮氣氣氛的純度。
[0030]根據本發明的一種典型實施方式，親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮和乙腈中的一種或多種；疏水性有機溶劑為三辛胺、三烷基氧膦、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、正十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。本發明優選但并不局限于上述親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑，只要兩者混合能形成均相溶液即可。本發明優選上述親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑是考慮到親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑相互之間的溶解度，上述的親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑混合具有容易獲得和測試方便的優勢。
[0031]優選地，疏水性有機溶劑的摩爾數與親水性有機溶劑體積的比值為1.0X 10_4mol/L~1.0X 10_2mol/L。將疏水性有機溶劑的摩爾數與親水性有機溶劑的體積比值控制在上述范圍內是因為該范圍內疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑混合效果較好，具有獲得容易和測試方便的特點。
[0032]根據本發明的一種優選實施方式，無機鹽水溶液為氯化鈉水溶液、氯化鉀水溶液、硫酸鈉水溶液、硫酸鉀水溶液、氯化銅水溶液、氯化鈣水溶液和硫酸銅水溶液中的一種或多種。
[0033]根據本發明的另一方面，提供了一種分散液滴乳液，該分散液滴乳液是采用上述任一種方法制備而成。
[0034]下面結合具體實施例進一步說明本發明的有益效果:
[0035]實施例1
[0036]將十六烷與甲醇按照質量百分比1:2000混合，得到分散性溶劑，其中十六烷的摩爾數與甲醇的體積的比值為1.0X 10_4mol/L。將分散性溶劑超聲脫氣5分鐘，形成均相分散性溶劑。將均相分散性溶劑置于第一注射泵中11，將氯化鈉水溶液置入第二注射泵12中，在第一注射泵11和第二注射泵12的驅動下，均相的分散性溶劑與氯化鈉水溶液在SV型靜態混合器2中混合，形成分散液滴乳液，分散液地乳液繼續向前流入收集皿3中，用鹽酸調整分散液滴乳液的PH值為3.0。
[0037]按照上述方法，將配置好的分散性溶劑分為10份，將其中5份分散性溶劑分別與相同體積但不同摩爾濃度的氯化鈉溶液在靜態混合器中混合，制備出一系列的分散液滴乳液。為了進行對比，還將另外5份分散性溶劑分別與相同體積的純水在靜態混合器中混合，制備出一系列的分散液滴乳液。
[0038]將上述的分散液滴乳液送入測量池中，采用動態光散射測量儀測量液滴的直徑并統計液滴的粒徑分布。其測量原理是在光散射作用下利用分散液滴表面散射的激光在檢測器中角度不同。在操作時保持測量池的倉內溫度恒定在室溫，激光強度自動調節，每種分散液滴測量三次，取均值，數據見表1。
[0039]表1
[0040]
【權利要求】
1.一種分散液滴乳液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將疏水性有機溶劑與親水性有機溶劑按照質量比1:20~1:2000混合，得到分散性溶劑；以及 將所述分散性溶劑與無機鹽水溶液混合，形成分散液滴乳液； 其中，所述分散性溶劑與所述無機鹽水溶液在靜態混合器中混合。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述疏水性有機溶劑與所述親水性有機溶劑按照質量比1:100~1:200混合。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括對所述無機鹽水溶液和/或所述分散液滴乳液進行調整的步驟，調整所述無機鹽水溶液和/或所述分散液滴乳液的溫度為 20°C~25°C，pH 值至 3.0 ~11.0。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，采用酸或堿調節所述pH值，所述酸為鹽酸和/或硫酸；所述堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在將所述分散性溶劑與所述無機鹽水溶液混合之前還包括對所述分散性溶劑進行超聲脫氣的步驟。
6.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于， 所述親水性有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮和乙腈中的一種或多種； 所述疏水性有機溶劑為三辛胺、三烷基氧膦、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、正十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、環戊烷、環庚烷、環辛烷、環壬烷、環癸烷、環十一烷、甲苯、氯仿和乙苯中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機鹽水溶液為氯化鈉水溶液、氯化鉀水溶液、氯化鈣水溶液、硫酸鈉水溶液、硫酸鉀水溶液、硝酸鈉水溶液、硝酸鉀水溶液、氯化銅水溶液、硫酸銅水溶液和硝酸銅水溶液中的一種或多種。
8.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述疏水性有機溶劑的摩爾數與所述親水性有機溶劑的體積的比值為1.0X 10_4mOl/L~1.0X 10_2mOl/L。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述靜態混合器為SV型靜態混合器、SK型靜態混合器、SX型靜態混合器、SH型靜態混合器或SL型靜態混合器。
10.一種分散液滴乳液，其特征在于，采用權利要求1至9中任一項所述的方法制備而成。
【文檔編號】B01F3/08GK103599714SQ201310452585
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】吳勇 申請人:神華集團有限責任公司, 中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司