用特殊电场高效分离油水混合物

油水乳状液的高效分离在石油炼制、油类回收等能源和制造业中至关重要。然而，对于纳米级液滴形成的乳状液，重力分离等传统方法效果甚微，一直是行业难题。在石油领域，美国每年发生超过2万起漏油事件，形成的乳状液对环境影响持久；食品工业中，废食用油脱水是生物柴油可持续生产的关键；石油开采产生的采出水（油水比高达3:1）含盐量高，会导致下游加工中的腐蚀、泵故障和催化剂失活，原油精炼需将水含量控制在0.2%以下。

原油脱盐过程中，仍有20%的水以乳状液形式残留，表面活性剂（如沥青质）稳定纳米液滴，阻碍聚结。传统分离方法（机械、化学、磁分离、光热、电聚结等）对纳米乳状液效率低下。电聚结法通过极化水滴诱导聚结，但为避免液滴链接触电极导致短路，电场强度受限（约1千伏/厘米）；绝缘电极虽防短路，但会削弱电场。因此，传统系统依赖有毒化学破乳剂，存在环境风险。

为解决这些问题，研究团队提出非拉普拉斯电聚结技术，采用空间电荷发射电极（尖端电极）。该电极产生电晕放电，通过气隙在乳状液上方形成强电场，避免短路和介电击穿，电场强度可达传统方法的8倍（约8千伏/厘米），使偶极子间吸引力提升64倍。

该系统可有效分离水含量2%-20%（涵盖原油生产典型工况）的纳米乳状液，无需或减少有毒破乳剂使用。实验显示，破乳速率与外加电压的平方成正比，乳状液透光率超95%（传统方法近0%）。团队还开发了可扩展的连续流空间电荷发射系统，20%水含量的纳米乳状液在约7.5分钟内可从乳白色变为近透明，透光率达97%。

其原理为：高电场加速液滴链形成与崩溃，小液滴聚结成大液滴后因密度差异沉降分离。液滴间偶极子吸引力与电场强度平方成正比，8倍电场强度理论上使相互作用力提升64倍，直接加速聚结和相分离。

这种无化学方法避免了传统破乳剂的环境危害，为油水分离提供了可持续、经济的解决方案，有望推动能源和制造业的绿色发展。