利用LUMiFuge稳定性分析仪快速评估乳化浆料中颗粒的沉降和油滴的上浮特性

生活中我们会看到各种各样复杂的分散体，不仅仅是以单纯的乳液和悬浮液的形式存在。如牛奶的主要成分是蛋白质，脂肪，乳糖，维生素，矿物质等。不溶性的蛋白质会出现沉降和絮凝，脂肪会出现上浮和聚并等不稳定现象的出现。再比如原油中有油质，沥青质等几种主要组分，沥青质的沉积和油相的破乳往往是研究的重点。油滴和颗粒之间还会存在相互作用，固体颗粒吸附到油水界面还可以起到乳化稳定的作用。对于这些既有固体颗粒，又有液滴，或者颗粒和连续相的密度存在各种差异等原因导致的既有沉降行为，又有上浮/漂浮行为的复杂多组分分散体，如何表征其稳定性，甚至分别去比较沉降和上浮行为，对材料利用和产品开发来说是很重要的。

本文利用光照式离心稳定性分析仪，对含有油滴和二氧化硅颗粒的乳化浆液进行失稳研究。以期可以为相关应用的客户提供参考。

1，测试原理

Fig.1 Test principle

使用近红外光源（或多光源系统）不断照射整个样品，与之平行的检测器随时间连续监测并反应样品的透光率变化，从而形成样品在分离过程的空间和时间透光率图谱。

2，样品和测试

2，1，样品材料：O/W乳液中作为分散相的油为煤油，密度为787 kg/m³。阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）用于稳定O/W乳液。固体颗粒为二氧化硅（SiO2），形状不规则，密度2580 kg/ m³。阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）用于稳定SiO2悬浮液。

2，2，乳化浆料制备：将0.3%的SDS溶解在超纯去离子水中制备表面活性剂溶液。分别准备不同体积分数的油相，在向表面活性剂溶液中添加油后，使用均质机以20000 rpm的速度进行剪切混合90秒。将不同体积分数的SiO2加入0.3%的SDS的表面活性剂溶液，通过超声分散。将O/W乳液, SiO2悬浮液以250 rpm的搅拌速度混合10 min，制备具有预定分数的油滴和SiO2颗粒的乳化浆料。

2，3，测试仪器：LUMiFuge

3，实验结果

3．1，透光率图谱

Fig.2 Schematic diagram of centrifugal flotation and sedimentation of the emulsion-slurry

Fig.3 Typical change with time in NIR light transmission

图2是乳化剂浆料中SiO2颗粒的沉降和油滴上浮过程示意图，对应图3透光率图谱随时间的变化。我们可以很清楚地看到中间部分澄清度升高的过程。

3．2，界面追踪

Fig.4 Flotation curve of oil droplets and sedimentation curve of SiO2 particles in the centrifugal separation of the emulsion-slurry, O/W emulsion, and SiO2 suspension

图4是乳化浆料、水包油乳液和SiO2悬浮液在离心分离过程中油滴的上浮曲线和SiO2颗粒的沉降曲线。我们可以发现在相应的体积分数下，乳化浆料中油滴的上浮和SiO2颗粒的沉降速度均大于其在单一分散体（水包油乳液和SiO2悬浮液）中的行为。

Fig5 Effect of SiO2 particle volume fraction on the flotation coefficient of the oil droplets in the emulsion-slurry at different oil droplet volume fractions

图5展示了SiO2颗粒体积分数对不同油滴体积分数的乳化浆料中油滴上浮系数的影响

Fig5 Effect of oil droplets volume fraction on the sedimentation coefficient of the SiO2 particle in the emulsion-slurry at different SiO2 particle volume fractions

图6展示了油滴体积分数对不同SiO2颗粒体积分数的乳化浆料中颗粒沉降系数的影响。从图5和6可得出结论：上浮和沉降系数随乳化浆液中Si02颗粒或油滴体积分数的增加而增加。

4，小结

利用光照离心式稳定性分析仪，可快速且有效地研究乳化浆料中油滴的上浮和颗粒的沉降特性。

数据引用：Da-Qi Cao, Eiji Iritani and Nobuyuki Katagiri, Flotation and Sedimentation Properties in Centrifugal Separation of Emulsion–Slurry, Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 47, No. 5, pp. 392–398, 2014