从接枝改性到破乳应用：碳纳米管在油水分离中的卓越表现

根据QYResearch的统计及预测，2024年全球碳纳米管市场销售额达到了6.52亿美元，预计2031年将达到48.74亿美元，年复合增长率（CAGR）为36.6%（2025-2031）。地区层面来看，中国市场在过去几年变化较快，2024年市场规模为 百万美元，约占全球的 %，预计2031年将达到 百万美元，届时全球占比将达到 %。


碳纳米管接枝改性的核心技术路径
相关报告数据指出，碳纳米管虽具备高比表面积、强机械强度等固有优势，但其表面惰性特征限制了界面活性发挥。接枝改性技术通过化学键合或物理包覆，可显著提升其表面反应活性。目前主流工艺包括胺化改性引入极性基团、疏水链修饰增强界面亲和性，通过二者协同可制备兼具乳化与破乳功能的复合纳米材料。

典型案例显示，采用胺化 - 疏水两步法合成的破乳剂 CN-18，通过在碳纳米管表面接枝十八烷基胺链与氨基官能团，形成 "亲水 - 疏水" 双亲结构。傅立叶变换红外光谱证实，改性后材料在 2920cm⁻¹ 处出现明显的烷基伸缩振动峰，元素分析显示氮元素含量提升至 3.2%，表明功能性基团成功接枝。这种结构设计使其既能快速迁移至油水界面，又可通过极性作用破坏乳液稳定性。

碳纳米管破乳剂的性能表征与影响因素
在 O/W 型乳液分离实验中，CN-18 展现出优异的破乳效能。数据显示：55℃条件下，500mgL 的 CN-18 在 180 分钟内破乳效率达 96.40%；当温度升至 65℃，相同浓度的破乳剂可在 120 分钟内实现 98.73% 的分离率，较传统工艺处理时间缩短 40%。更值得关注的是，该材料在 pH 2-8 的宽酸碱范围内保持 95% 以上的破乳效率，解决了传统破乳剂对水质酸碱度敏感的技术痛点。

浓度效应：临界值与界面行为的关联
实验表明，CN-18 的破乳效率存在浓度阈值：当浓度低于 300mg・L⁻¹ 时，因界面吸附量不足，无法有效置换沥青质分子膜，破乳率低于 50%；达到 400mg・L⁻¹ 时，破乳效率跃升至 90.60%；500mg・L⁻¹ 时实现饱和吸附，此时界面分子排列紧密，可彻底破坏乳液稳定性。这种浓度依赖性源于碳纳米管的自组装特性 —— 达到临界胶束浓度后，纳米管间的范德华力促使其形成网状结构，加速水滴聚结沉降。

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