0 前言

自1968年黎念之博士获得纯粹液膜的第一个专利以来，液膜分离技术就正式作为一种新型的分离手段而引起人们日益广泛的兴趣和受到普遍的重视。随着对液膜分离的深入理论研究和实践，使人们认识到液膜分离技术将在冶金、化学、化工、环保、医学、生物等领域有着广泛的应用前景。

因此，笔者对近年来国内外科技工作者在破乳机理方面的研究作一综述。

1 破乳机理 1.1 膜破乳法

宋航^[1]，pia Lipp^[2]，A、zaidi^[3]等人采用膜法进行破乳研究，得到良好的效果。对于膜破乳机理当前有不同的假设，但不管哪种假设均是利用了聚合物微滤膜对有机溶剂的亲合能力而提出的。据清华大学化学工程系骆广生等人研究，他们认为有机微孔膜的破乳是与微滴膜的亲和及乳液的性质相关的。在微滤膜破乳的过程中，O/W型乳状液中的分散相在膜表面润湿，并发生不同程度的铺展。在一定的压差推动下，液滴之间发生不同程度的聚集。超过一定范围时，液滴不可逆地聚结成大液滴。这种聚结可以在膜表面进行，也可以是液滴在通过膜孔时发生，这种聚结的有机相在一定压力作用下通过膜孔，水相同时也连续地通过膜孔。过孔后的有机相与水相很容易实现进一步分相。

1.2 化学破乳法

李连生，陈国丽^[4]采用10种有机破乳剂对奥里油船舶压载水破乳效果进行了比较，结果表明，用SH-CN破乳剂处理奥里油船舶压载水，效果较好。

乳状液液滴直径很小，一般呈胶粒结构，而化学破乳法就是利用加入药剂(有机破乳剂，电解质等)的方法压缩乳状液微粒(胶体)的双电层和中和其表面电荷达到破坏其界面膜，使乳状液胶体脱稳的目的。

1.3 研磨破乳法

褚莹、刘沛妍^[5]通过试验认为研磨破乳原理可分两个步骤。

1.3.1 过滤破乳

破乳是乳状液经研磨剂过滤产生的。在过滤时，乳状液的分散液滴与研磨剂相互磨擦，润湿研磨剂表面，并在研磨剂表面铺展形成表面液膜，当表面液膜积累到一定厚度时，便会自动聚结，此过程即为过滤破乳。

在表面化学中，通过用粘附功W_a表示固-液之问结合的牢固程度，并且：

(1)

式中：Y_{1_g}——液体表面张力；

Y_{s_g}——固体表面张力；

Y_{s_1}——固液界表面张力。

又由Young润湿方程可知：

(2)

式中：θ——固-液之间的接触角。

将(2)代入(1)可得：

(3)

由(3)可知，Y_{1_g}越大，θ越小，则W_a越大，液体越容易润湿固体表面。因为油水乳状液其表面张力有差异，故润湿固体表面能力也有差异。过滤破乳是研磨破乳的第一个步骤，它取决于研磨剂的表面性质。

1.3.2 研磨破乳

研磨剂粒子间的有效碰撞对分散液滴产生了摩擦力和剪切力，促使液滴发生变形并相互接触，然后与研磨剂表面的液膜层聚结。砂粒相互碰撞时，可能同时有几个接触点，这就增加了单位体积内研磨剂粒子间的碰撞次数，从而增加了研磨破乳率。研磨破乳是整个破乳过程的第二步骤，也是关键步骤。提高研磨破乳率的关键是增加单位体积内研磨剂粒子间的碰撞次数N。

赵国玺^[6]通过理论推导，得出如下公式：

(4)

式中：n——单位体积内研磨剂个数；

ω——研磨角速度：

t——研磨时间。

1.4 电磁场联合破乳法

李可彬^[7]将螺线管、磁芯构成的电感电容串联组成L-C谐振电路。在此电路中通入高频电流，使其破乳产生高频磁场，从而感生出高频涡旋电场，乳化液滴便在此涡旋电场的作用下实现破乳。

1.5 加热破乳法

温度对液体的粘度影响很大，当温度升高时，液体的粘度减小，而气体的粘度增大，同时温度升高，固体和液体溶质在溶液中的溶解度增加，气体则相反^[8]。所以加热破乳的机理一般认为：随着温度的升高，油相的粘度和密度下降，同时乳化剂在水相中的溶解度增大，使乳液聚结而加剧液膜破裂，达到破乳的目的。

1.6 重力沉降破乳法

重力沉降破乳法主要是利用乳状液的密度差进行驻力沉降分层，达到破乳的目的。自由沉降的终端速度^[9]为：

(5)

式中：u₁——沉降末速；

d_n液滴直径：

ρ_n——悬浮液滴密度；

ρ——连续相密度：

ξ——无因子阻力系数，是雷诺准数Re的函数，可通过查表求得。

理论上，由(5)式知重力沉降能达到破乳的目的，但由于乳状液滴是一个很稳定的胶体，半径很小，实践操作上很难达到破乳效果。对单独重力沉降破乳法的研究及工业应用，国内外报导很少。

1.7 润湿聚结破乳法

孙德智，李明玉^[10]研究采用润湿聚结介质进行破乳，提出了乳状液膜破乳的一种新方法——润湿聚结破乳法。他们认为要实现润湿聚结以达到两相分层的目的，选择合适的润湿介质是关键。润湿能力差，润湿角大于90°；润湿能力强，润湿角小于90°。这种情况的产生是由于液体和固体本身的物理化学性质不同，特别是表面性质的不同造成的。

润湿聚结是由于乳状液中的水滴首先在聚结介质(固体物质)表面润湿并吸附，然后水相主体中的水珠与先吸附的水滴碰撞并聚集，使介质上被吸附的水珠不断增大，当增大到一定程度时，液相搅拌产生的拽力将聚结水滴从介质表面脱除。连续的润湿吸附、碰撞、聚结和脱除，使水相和油相分层，进而达到两相分离。

1.8 离心破乳法

离心破乳法是利用两相的密度差进行破乳的，在离心力的作用下，由于密度的不同使油相上升、水相下降，液滴发生聚结，从而实现两相的分离。

1.9 电破乳法

大规模采用电破乳法始于本世纪的石油脱水过程，对其机理的认识在近40年取得了较大的进展。

1.9.1 Pearce两步机理

1953年，Pearc和meech^[11]认为，乳状液聚合主要经过两步，首先带电液滴排成链，然后排在链中的液滴发生聚合。成链有以下4个特征：

(1) 无带电粒子向场强方向运动。

(2) 链是由单个液滴沿大致与电场垂直的方向运动而形成的。

(3) 链是沿最大电场强度方向排列的。

(4) 形成的链不总是始于或终于两个电极，两端常是不完全的，有时粒子间有极大的间距。

他们认为促进聚结的因素有两个：①由于电场强度达到一定数值而导致电击穿。②由于电场促使水滴极化，相邻粒子间产生静电作用力，在静电作用下，粒子相互靠近的结果。

1.9.2 Waterman碰撞机理

1965年，Waterman^[12]认为促进油水分离是因粒子问由感应而产生作用力，或者由一单向电场与具有净电荷的粒子之间的相互作用的结果，这两种作用力分别对应交流电破乳和直流电破乳两个场合。

Waterman碰撞机理的核心是关于作用力的性质，及由这些力所导致的各类型的碰撞。他认为，这些碰撞过程是相邻粒子受他们周围存在的电场以及粒子自身的表面张力共同影响的结果，当外部对粒子施加的电吸引力大到足以使相邻粒子挤掉它们之间的界面分子。使得水/水体系的分子间力发挥效力的时候，由于表面活性剂影响和溶液表面自由能趋于最小值的共同作用，这些粒子就聚合成大粒子。

1.9.3 Balies和Lakai介电松弛机理

1982年Balies和Lakai^[13]讨论了直流脉冲电场中乳状液的破乳问题，明确提出了液滴对外电场的响应是受电介质的松弛(或弛豫)过程控制的。他们认为，在电聚结前，液滴首先排列成链，这些链产生传导电流。为此，破乳器中必须有大量的链生成，以进行聚结。这些链也必须不太长，不会产生能量的泄漏，其长短恰好能使链中粒子在所加的电场下发生聚合。所有这些，在最佳频率下可以得到满足。在低于最佳频率的情况下，电场变化太慢，形成的链太长，产生能量泄漏；而在高于最佳频率下，电场变化快，粒子没有响应这一变化，其聚结力跟粒子的充电程度有关，而粒子的充电性质取决于隔离电极与粒予的各种电介质(如绝缘层、连续介质等)的松弛时间。因而，在无绝缘层的情况下，最佳频率将取决于连续相的松弛时间。

2 结论

(1) 由于破乳方法的多样性导致破乳机理的多样性，即不同的破乳方法有不同的破乳机理。

(2) 通过对目前破乳机理的介绍及其比较，可以看出，目前在乳状液膜分离中最行之有效的为电破乳及电破乳和其他方法相结合的破乳技术。

(3) 既便同一种破乳方法，基于不同的假设，也会提出不同的破乳机理，比如电破乳机理便有3种。