(57)【要約】  油および水を含有する流体を油相及び水相に分離させる方法は、その流体を担持磁性ナノ粒子に接触させることを含む。担持磁性ナノ粒子は、分離プロセスで使用された後に回収して、その後、流体に対して分離操作を行うことができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
油および水を含有する組成物を分離させる方法であって：
油および水を含有する組成物を担持磁性ナノ粒子と接触させて、油および水を少なくとも部分的に油相と水相に分離させることを含み、ここで担持磁性ナノ粒子が、支持材料に結合した官能化ナノ粒子を含む、方法。
【請求項２】
官能化ナノ粒子が、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される磁性金属を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
官能化ナノ粒子が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ４、ＣｏＰｔ、ｆｃｃ相ＦｅＰｔ、ｆｃｔ相ＦｅＰｔ、ＦｅＣｏ、ＭｎＡｌ、ＭｎＢｉ、Ｎｉ３Ｆｅ、ＦｅＳ、ＣｏＦｅ２Ｏ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される粒子を含む、請求項２の方法。
【請求項４】
官能化ナノ粒子が、ナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機酸で安定化することによって官能化される、請求項２または３の方法。
【請求項５】
有機酸が、脂肪酸が、ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、ヘキサデカン酸、パルミチン酸、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項４の方法。
【請求項６】
官能化ナノ粒子が、ポリマーマトリックスにカプセル化された磁性ナノ粒子を含む、請求項１の方法。
【請求項７】
ポリマーマトリックスが、ビニル芳香族、ハロゲン化ビニル、アルファモノオレフィン、アクリロニトリル、アクリレート、アミド、アクリルアミド、エステル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせのポリマー又はコポリマーを含有する有機ポリマーマトリックスを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
ポリマーマトリックスが、一般式：
Ｍ１ａＭ２ｂＤ１ｃＤ２ｄＴ１ｅＴ２ｆＱｊ
のケイ素ヒドリド含有ポリオルガノヒドロシロキサンから誘導され、式中：Ｍ１＝Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１／２；Ｍ２＝Ｒ４Ｒ５Ｒ６ＳｉＯ１／２；Ｄ１＝Ｒ７Ｒ８ＳｉＯ２／２；Ｄ２＝Ｒ９Ｒ１０ＳｉＯ２／２；Ｔ１＝Ｒ１１ＳｉＯ３／２；Ｔ２＝Ｒ１２ＳｉＯ３／２；Ｑ＝ＳｉＯ４／２；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１２は１から６０の炭素原子を有する一価の脂肪族、芳香族、またはフルオロ炭化水素；Ｒ４、Ｒ９、Ｒ１２の少なくとも一つは水素；そして下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、及びｊはゼロまたは正であって以下の制限：２≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｊ≦６０００及びｂ＋ｄ＋ｆ＞０に従う、請求項６の方法。
【請求項９】
ポリマーマトリックスが、ヒドリド；カルボキシル基、アルコキシ官能基、エポキシ官能基、トリアズ−１−イン−２−イウム官能基、無水物基、メルカプト基、アクリレート、アルキル、オレフィン、ジエニル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む、請求項６〜８のいずれかの方法。
【請求項１０】
ポリマーマトリックスが、−Ｓｉ−Ｈ；−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＲ１３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＲ１４）３、−Ｓｉ（ＯＲ１５）１−３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎ−エポキシ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ｎ−Ｎ≡Ｎ、その他から選択される官能基を含み、ここでＲ１３、Ｒ１４、及びＲ１５が水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択され、そしてｎが１から２６から選択される、請求項６〜８のいずれかの方法。
【請求項１１】
ポリマーマトリックスがポリシロキサンを含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
ポリシロキサンがヒドロシロキサン及びビニルケイ素化合物から形成される、請求項１１の方法。
【請求項１３】
ポリマーマトリックスが、約１：１０００から約１００：１のポリマー対金属比を有する、請求項６〜１２のいずれかの方法。
【請求項１４】
ナノ粒子が約１から約１００ナノメートルの粒径を有する、請求項１〜１３のいずれかの方法。
【請求項１５】
支持材料が、ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸、またはケイ酸カルシウムアルミニウムのようなケイ酸塩、クレイ、シリケート、シリカ、デンプン、炭素、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ジルコニア、金属酸化物、カーボンナノチューブ、合成ゼオライトおよび天然ゼオライト、ビーズまたは繊維状のポリマー樹脂、またはこれらの二またはより多くの混合物から選択される、請求項１〜１４のいずれかの方法。
【請求項１６】
金属充填量が、支持材料の約０．００１から２０重量パーセントの範囲にある、請求項１〜１５のいずれかの方法。
【請求項１７】
金属充填量が、支持材料の約０．０５から約５重量パーセントの範囲にある、請求項１〜１５のいずれかの方法。
【請求項１８】
支持材料が、シラノール、アルコキシ、アセトキシ、シラザン、オキシミノ官能性シリル基、ヒドロキシル、アシロキシ、ケトキシミノ、アミン、アミノキシ、アルキルアミド、水素、アリル、脂肪族オレフィン基、アリール、ヒドロスルフィドのような基、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む、請求項１〜１７のいずれかの方法。
【請求項１９】
支持材料が、−Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｓｉ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎＣ≡ＣＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＨ２、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＳＨ、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含み、ｎが１〜２６である、請求項１〜１７のいずれかの方法。
【請求項２０】
金属含有ポリマーマトリックスが、支持材料に付着された疎水性官能基を介して支持材料に共有結合されている、請求項１〜１９のいずれかの方法。
【請求項２１】
疎水性基が、アルキルジシラザン、ビニル含有シラザン、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項２０の方法。
【請求項２２】
油および水を含有する組成物が、約１℃から約１０００℃の温度にある、請求項１〜２１のいずれかの方法。
【請求項２３】
水相に磁場を印加して組成物から油相を除去することをさらに含む、請求項１〜２２のいずれかの方法。
【請求項２４】
油相を除去する工程が、油相を組成物からデカンテーションすることを含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
担持磁性粒子を水相から除去することをさらに含む、請求項２３の方法。
【請求項２６】
水相から除去された担持磁性粒子を洗浄することをさらに含む、請求項２５の方法。
【請求項２７】
水相から除去された担持磁性粒子を後の操作で再使用して、油および水を含む組成物を分離させることをさらに含む、請求項２５又は２６の方法。
【請求項２８】
組成物が油中水型エマルジョンである、請求項１〜２７のいずれかの方法。
【請求項２９】
組成物が水中油型エマルジョンである、請求項１〜２７のいずれかの方法。
【請求項３０】
油が、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項１〜２９のいずれかの方法。
【請求項３１】
支持体に共有結合された官能化磁性金属ナノ粒子を含み、ここで官能化磁性ナノ粒子が磁気的特性を示すナノ粒子を含み、前記ナノ粒子がポリマーマトリックスにカプセル化され、及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化することによって官能化されている、固形解乳化剤。
【請求項３２】
油、
水、及び
固形解乳化剤を含み、固形解乳化剤が支持体に共有結合された官能化磁性金属ナノ粒子を含み、ここで官能化磁性ナノ粒子が磁気的特性を示すナノ粒子を含む、エマルジョン。
【請求項３３】
前記ナノ粒子がポリマーマトリックスにカプセル化され、及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化することによって官能化されている、請求項３２のエマルジョン。
【請求項３４】
油が、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項３２又は３３のエマルジョン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１５年２月２０日に出願された「流体を分離させるための組成物および方法」と題する米国特許仮出願第６２／１１８，５２９号の優先権および利益を主張するものであり、この出願の内容はその全体を参照によって本願に取り入れるものとする。
【０００２】
技術分野
本発明は、流体を分離させるための組成物および方法を提供する。とりわけ本発明は、磁性金属ナノ粒子を用いた、流体を分離させるための組成物およびプロセスを提供する。磁性金属ナノ粒子が流体を分離させるために使用されてよく、例えば水と油のエマルジョンから水を分離するために使用可能である。
【背景技術】
【０００３】
水と油のエマルジョンは、例えば原油や石油といった油の抽出、製造、処理、及び／又は精製に際して形成されうる。エマルジョンは二つの液体を含有する不均一な液体であり、その中では液体の一方が他方の液体中に、通常は液滴の形態で、緊密に分散している。原油のエマルジョンにおいては、水が典型的には液滴として油中に分散しており、油中水型エマルジョンと称される。
【０００４】
油をさらに処理し又は精製するためには、油から水を分離することが必要でありうる。エマルジョン中の油から水を分離することは、解乳化と称されてよく、化学的技術及び／又は機械的技術によって達成してよい。在来の解乳化剤は、例えば、溶媒中に溶解した一またはより多くの界面活性剤を含んでよい。非イオン性の界面活性剤がしばしば用いられ、それにはポリエチレンオキシド及びプロピレンオキシド基を含むものが含まれる。適切な界面活性剤には、アルコール、脂肪酸、脂肪族アミン、脂肪酸エステル、グリコールその他が含まれてよい。シリコーン系の解乳化剤もまた広く使用されている。多くの化学的解乳化剤は、ゆっくりと拡散する解乳化剤であり、通常は回収したり再使用したりできない。多くの化学的解乳化剤はまた、環境的にやさしいものではないであろう。
【０００５】
機械的な分離は、化学的解乳化剤の使用に伴って採用されてよい。例えば、電子的解乳化及び／又は重力沈降及び遠心分離を、化学的解乳化剤と共に採用してよい。
【０００６】
流体を効果的に分離させるために使用してよく、そして在来の化学的解乳化剤に対する環境的にやさしい代替物を提供しうる解乳化剤を見出すについては、依然として関心が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、例えば油および水の混合物を含むエマルジョンのような流体を分離させるための、組成物および方法を提供する。この方法は、エマルジョンに対して、担持磁性金属粒子を添加することを含む。担持磁性金属粒子はエマルジョンの分離を生じさせて、相互に除去または分離可能な二つの相とする。担持磁性粒子は回収し、後の分離操作のために使用してよい。
【０００８】
一つの側面において、本発明は、支持材料に共有結合された金属含有マトリックスを含む、担持磁性ナノ粒子を提供する。
【０００９】
一つの側面において、本発明は、油および水を含有する組成物を分離させる方法を提供し、この方法は、油および水を含有する組成物を担持磁性ナノ粒子と接触させて、油および水を少なくとも部分的に油相および水相に分離させることを含み、ここで担持磁性ナノ粒子は、支持体に結合された官能化ナノ粒子を含む。
【００１０】
一つの実施形態においては、官能化ナノ粒子は、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される磁性金属を含む。一つの実施形態においては、官能化ナノ粒子は、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ４、ＣｏＰｔ、ｆｃｃ相ＦｅＰｔ、ｆｃｔ相ＦｅＰｔ、ＦｅＣｏ、ＭｎＡｌ、ＭｎＢｉ、Ｎｉ３Ｆｅ、ＦｅＳ、ＣｏＦｅ２Ｏ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される粒子を含む。
【００１１】
一つの実施形態においては、官能化ナノ粒子は、ナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化させることによって官能化されている。一つの実施形態においては、脂肪酸は、ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、ヘキサデカン酸、パルミチン酸、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される。
【００１２】
一つの実施形態においては、官能化ナノ粒子は、ポリマーマトリックス内にカプセル化された磁性ナノ粒子を含む。一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、有機ポリマーマトリックスまたはシロキサンポリマーマトリックスから選択される。
【００１３】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、ビニル芳香族、ハロゲン化ビニル、アルファモノオレフィン、アクリロニトリル、アクリレート、アミド、アクリルアミド、エステル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせのポリマーまたはコポリマーを含有する有機ポリマーマトリックスを含む。
【００１４】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、一般式：
Ｍ１ａＭ２ｂＤ１ｃＤ２ｄＴ１ｅＴ２ｆＱｊ
のケイ素ヒドリド含有ポリオルガノヒドロシロキサンから誘導され、式中：Ｍ１＝Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１／２；Ｍ２＝Ｒ４Ｒ５Ｒ６ＳｉＯ１／２；Ｄ１＝Ｒ７Ｒ８ＳｉＯ２／２；Ｄ２＝Ｒ９Ｒ１０ＳｉＯ２／２；Ｔ１＝Ｒ１１ＳｉＯ３／２；Ｔ２＝Ｒ１２ＳｉＯ３／２；Ｑ＝ＳｉＯ４／２；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１２は１から６０の炭素原子を有する一価の脂肪族、芳香族またはフルオロ炭化水素；Ｒ４、Ｒ９、Ｒ１２の少なくとも一つは水素；そして下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、及びｊはゼロまたは正であって以下の制限：２≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｊ≦６０００及びｂ＋ｄ＋ｆ＞０を受ける。
【００１５】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、ヒドリド；カルボキシル基、アルコキシ官能基、エポキシ官能基、トリアズ−１−イン−２−イウム官能基、無水物基、メルカプト基、アクリレート、アルキル、オレフィン、ジエニル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む。
【００１６】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、−Ｓｉ−Ｈ；−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＲ１３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＲ１４）３、−Ｓｉ（ＯＲ１５）１−３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎ−エポキシ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ｎ−Ｎ≡Ｎ、その他から選択される官能基を含み、ここでＲ１３、Ｒ１４、及びＲ１５は独立して、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択され、そしてｎは１から２６から選択される。
【００１７】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、ポリシロキサンを含む。一つの実施形態においては、ポリシロキサンは、ヒドロシロキサン及びビニルケイ素化合物から形成される。
【００１８】
一つの実施形態においては、金属含有ポリマーマトリックスは、金属に対するポリマーの比が、約１：１０００から約１００：１；約１：１から約２０：１；約１０：１から約２０：１；さらには約１２：１から約１６：１である。
【００１９】
一つの実施形態においては、金属粒子が有する粒径は、約１から約１００ナノメートルである。
【００２０】
一つの実施形態においては、支持材料は、ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸、またはケイ酸カルシウムアルミニウムのようなケイ酸塩、クレイ、シリケート、シリカ、デンプン、炭素、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ジルコニア、金属酸化物、カーボンナノチューブ、合成ゼオライトおよび天然ゼオライト、ビーズまたは繊維状のポリマー樹脂、またはこれらの二またはより多くの混合物から選択される。
【００２１】
一つの実施形態においては、金属担持量は、支持材料の約０．００１から２０重量パーセント；支持材料の約０．０５から約５重量パーセント；さらには支持材料の約０．１から約１重量パーセントの範囲にある。
【００２２】
一つの実施形態においては、支持材料は、シラノール、アルコキシ、アセトキシ、シラザン、オキシミノ官能性シリル基、ヒドロキシル、アシロキシ、ケトキシミノ、アミン、アミノキシ、アルキルアミド、水素、アリル、脂肪族オレフィン基、アリール、ヒドロスルフィドのような基、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む。
【００２３】
一つの実施形態においては、支持材料は、−Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｓｉ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎＣ≡ＣＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＨ２、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＳＨ、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含み、そしてｎは１〜２６、１〜１０、さらには１〜８である。
【００２４】
一つの実施形態においては、金属含有ポリマーマトリックスは、支持材料に付着された疎水性官能基を介して、支持材料に共有結合している。一つの実施形態においては、疎水性基は、アルキルジシラザン、ビニル含有ジシラザン、またはこれらの組み合わせから選択される。
【００２５】
一つの実施形態においては、油および水を含有する組成物の温度は、約１℃から約１０００℃である。
【００２６】
一つの実施形態においては、この方法はさらに、水相に磁場を印加して組成物から油相を除去することを含む。
【００２７】
一つの実施形態においては、油相を除去する工程は、油相を組成物からデカンテーションすることを含む。
【００２８】
一つの実施形態においては、この方法はさらに、担持磁性粒子を水相から除去することを含む。
【００２９】
一つの実施形態においては、この方法はさらに、水相から除去された担持磁性粒子を洗浄することを含む。
【００３０】
一つの実施形態においては、この方法は、水相から除去された担持磁性粒子を後の操作において再使用して、油および水を含有する組成物を分離させることを含む。
【００３１】
一つの実施形態においては、組成物は油中水型エマルジョンである。
【００３２】
一つの実施形態においては、組成物は水中油型エマルジョンである。
【００３３】
一つの実施形態においては、油は、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される。
【００３４】
別の側面において、本発明は、支持体に共有結合した官能化磁性金属ナノ粒子を含む、固形解乳化剤を提供し、ここで官能化磁性ナノ粒子は磁気的特性を示すナノ粒子を含み、そしてこのナノ粒子は、ポリマーマトリックス中にカプセル化されており及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化させることによって官能化されている。
【００３５】
さらに別の側面において、本発明は、油、水、及び固形解乳化剤を含有するエマルジョンを提供し、ここで固形解乳化剤は支持体に共有結合した官能化磁性金属ナノ粒子を含み、ここにおいて官能化磁性ナノ粒子は磁気的特性を示すナノ粒子を含有する。
【００３６】
このエマルジョンの一つの実施形態においては、ナノ粒子はポリマーマトリックス中にカプセル化されており及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化させることによって官能化されている。
【００３７】
このエマルジョン一つの実施形態においては、油は、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される。
【００３８】
本発明のこれらの側面および他の側面、並びに実施形態は、以下の詳細な説明を参照してさらに理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、担持磁性ナノ粒子を用いる、流体を分離させるための組成物および方法を提供する。一つの実施形態においては、担持磁性ナノ粒子は、支持材料に結合された金属含有マトリックスを含む。金属含有マトリックスは、マトリックス中に配置された複数の金属ナノ粒子を有するポリマーマトリックスを含む。支持材料は、基材の表面又はその近傍にある官能基を有する基材を含み、それらの官能基は、金属含有マトリックスの材料に結合可能である。担持磁性ナノ粒子は、水をエマルジョンから分離させ及び／又は除去するための、解乳化剤として用いられてよい。
【００４０】
金属ナノ粒子
解乳化剤は、支持体に結合された磁性金属ナノ粒子を含む。磁性金属ナノ粒子は官能化されて、支持体に対する粒子の付着を可能にする。磁性金属ナノ粒子は、ナノ粒子をコーティング及び／又は安定化しているマトリックス材料によって、官能化されてよい。ナノ粒子は、配位子または官能基を含有するマトリックス材料でコーティング及び／又は安定化されることができ、支持体への結合を可能にする。
【００４１】
一つの側面において、本発明は、例えばラウリン酸のような脂肪酸でコーティングすることを通じて、金属粒子を立体的に安定化し、また同時に、得られた脂肪酸被覆金属粒子を、共有結合リンクを介してシリカ粒子に対して固定する。一つの実施形態においては、粒子をコーティング及び／又は安定化するためのマトリックスは、一またはより多くの脂肪酸から選択される。一つの実施形態においては、脂肪酸はＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸であってよい。適切な脂肪酸の例には、限定するものではないが、ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、ヘキサデカン酸、パルミチン酸、その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれる。
【００４２】
粒子をコーティング及び／又は安定化するための他の適切な材料には、限定するものではないが、イオン性の塩が含まれる。イオン性の塩には、例えば、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウムその他の、水酸化物、硝酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、リン酸塩、炭酸塩、その他が含まれてよい。実施形態においては、マトリックス／コーティングのための塩は、一またはより多くの低級アルキル四級アンモニウム塩から選択される。適切なアンモニウム塩の例には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、（２−ヒドロキシエチル）トリメチルアンモニウムヒドロキシド、（２−ヒドロキシエチル）トリエチルアンモニウムヒドロキシド、（２−ヒドロキシエチル）トリプロピルアンモニウムヒドロキシド、（１−ヒドロキシプロピル）トリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルホスホニウムヒドロキシド、テトラエチルホスホニウムヒドロキシド、テトラプロピルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルホスホニウムヒドロキシド、ジメチルジヒドロキシエチルホスホニウムヒドロキシド、メチルトリヒドロキシエチルホスホニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルホスホニウムヒドロキシド、フェニルトリエチルホスホニウムヒドロキシドおよびベンジルトリメチルホスホニウムヒドロキシド、トリメチルスルホニウムヒドロキシド、トリエチルスルホニウムヒドロキシド、トリプロピルスルホニウムヒドロキシド、その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれる。
【００４３】
ナノ粒子用のマトリックス及び／又はコーティングはまた、ポリマー材料であってよい。適切なポリマー材料の例には、限定するものではないが、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、セルロース材料、ポリアルキレンイミド、ポリオキシアルキレン、ポリビニルピロリドン、その他のような親水性材料が含まれるが、これらに限定されるものではない。適切なポリマーコーティングの非限定的な例には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレン、ポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）、デキストラン、その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
一つの実施形態においては、磁性ナノ粒子は、ポリマーマトリックスを有する、磁性金属含有ポリマーマトリックスとして提供され、ポリマーマトリックス中に分散した複数の磁性金属ナノ粒子を含有する。実施形態においては、磁性金属ナノ粒子は、ポリマーマトリックス中にカプセル化されている。ポリマーマトリックスは、特定の目的または意図する用途に応じて、所望なように選択してよい。例えば、ポリマーマトリックスは、基材材料との結合のために、または解乳化剤が使用される環境に基づいて、特定の機能性を提供するように選択してよい。
【００４５】
金属ナノ粒子は、立体的および静電的安定化の組み合わせによって、安定化されてよい。一つの実施形態においては、ナノ粒子用のマトリックス及び／又はコーティングはまた、高分子界面活性剤およびイオン性界面活性剤の組み合わせであってよい。
【００４６】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、一またはより多くの有機合成ポリマー材料を含むことができる。適切な有機合成ポリマー材料には、限定するものではないが、熱可塑性ポリマー、熱可塑性エラストマー、その他が含まれる。適切な有機ポリマー材料は、スチレンのようなビニル芳香族モノマー；塩化ビニルのようなハロゲン化ビニル；アクリロニトリル；エチレン、プロピレンその他のようなアルファモノオレフィン；アクリレート；アクリルアミド；アミド；エステル；その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせのポリマーまたはコポリマーを含むことができる。
【００４７】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、架橋されたポリシロキサン網状構造を含んでよい。ポリシロキサン網状構造は、ヒドロシロキサンまたはヒドリド流体とビニルケイ素化合物との、架橋または部分架橋された網状構造を含むことができる。一つの実施形態においては、ヒドロシロキサンは、ケイ素ヒドリド（Ｓｉ−Ｈ）基を含有するポリオルガノヒドロシロキサンである。一つの実施形態においては、ポリオルガノヒドロシロキサンは式（１）のものであり：
Ｍ１ａＭ２ｂＤ１ｃＤ２ｄＴ１ｅＴ２ｆＱｊ      （１）
式中：Ｍ１＝Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１／２；Ｍ２＝Ｒ４Ｒ５Ｒ６ＳｉＯ１／２；Ｄ１＝Ｒ７Ｒ８ＳｉＯ２／２；Ｄ２＝Ｒ９Ｒ１０ＳｉＯ２／２；Ｔ１＝Ｒ１１ＳｉＯ３／２；Ｔ２＝Ｒ１２ＳｉＯ３／２；Ｑ＝ＳｉＯ４／２；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１２は独立して、１から６０の炭素原子を有する一価の脂肪族、芳香族、環状脂肪族またはフルオロ炭化水素、そしてＲ４、Ｒ９、及びＲ１２の少なくとも一つは水素である。有用な脂肪族基の例には、限定するものではないが、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル及びｔｅｒｔ−ペンチル；ｎ−ヘキシル基のようなヘキシル；ｎ−ヘプチル基のようなヘプチル；ｎ−オクチル、イソオクチル基、及び２，２，４−トリメチルペンチル基のようなオクチル；ｎ−ノニル基のようなノニル；ｎ−デシル基のようなデシル；シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルラジカル並びにメチルシクロヘキシルラジカルのようなシクロアルキルラジカルが含まれる。適切なアリール基の例には、限定するものではないが、フェニル、ナフチル；ｏ−、ｍ−及びｐ−トリル、キシリル、エチルフェニル、及びベンジルが含まれる。Ｒ４、Ｒ９、Ｒ１２は独立して、水素から選択される。下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、及びｊはゼロまたは正であって以下の制限を受ける：２≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｊ≦６０００、ｂ＋ｄ＋ｆ＞０。ポリシロキサンのＳｉ−Ｈ含有量は、約０．００１から約９９モルパーセント；約０．０１から約９５モルパーセント；約０．１から約９０モルパーセント；約１から約７５モルパーセント；約５から約５０モルパーセント；さらには約１０から約２５モルパーセントの範囲にわたることができる。
【００４８】
ポリシロキサンは、金属含有ポリマーマトリックスが支持材料に結合または付着することを可能にするように、種々の官能性を含むことができる。適切な官能基の例には、限定するものではないがヒドリド官能性（−ＳｉＨ）；カルボキシル官能基、アルコキシ官能基、エポキシ官能基、トリアズ−１−イン−２−イウム官能基、無水物基、メルカプト基、アクリレート、アルキル、オレフィン、ジエニル、その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれる。適切な官能基の非限定的な例には、−Ｓｉ−Ｈ；−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＲ１３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＲ１４）３、−Ｓｉ（ＯＲ１５）１−３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎ−エポキシ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ｎ−Ｎ≡Ｎ、その他が含まれ、ここでＲ１３、Ｒ１４、及びＲ１５は、水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせであることができ、そしてｎは１から２６、２から１０、さらには２から８であることができる。一つの実施形態においては、官能基は−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＲ１３基であり、ここでＲ１３は水素であり、そしてｎは１から２６、他の実施形態では５から２０、そしてさらに別の実施形態では７から１５である。
【００４９】
一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、ポリアルキルヒドロシロキサン、ポリアリールヒドロシロキサン、またはこれらの二またはより多くの組み合わせを含む。一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスは、ポリ（メチルヒドロシロキサン）（ＰＭＨＳ）、ポリ（エチルヒドロシロキサン）、ポリ（プロピルヒドロシロキサン）、ポリアリールヒドロシロキサン（例えば、ポリ（フェニルヒドロシロキサン）、ポリ（トリルヒドロシロキサン））、ポリ（フェニルジメチルヒドロシロキシ）シロキサン、ポリ（ジメチルシロキサン−コ−メチルヒドロシロキサン）、ポリ（メチルヒドロシロキサン−コ−フェニルメチルシロキサン）、ポリ（メチルヒドロシロキサン−コ−アルキルメチルシロキサン）、ポリ（メチルヒドロシロキサン−コ−ジフェニルシロキサン）、ポリ（メチルヒドロシロキサン−コ−フェニルメチルシロキサン）から選択されたヒドロシロキサンを含む。ヒドロシロキサンはホモポリマー、または二またはより多くのヒドロシロキサンを含有するコポリマーであることができる。
【００５０】
ビニルケイ素化合物は特に限定されるものではなく、例えば、環状ビニルシロキサン、非環状ビニルシロキサン、またはこれらの二またはより多くの組み合わせであることができる。適切なビニルシロキサンの例には、限定するものではないが、１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリビニル−シクロトリシロキサン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニル−シクロテトラシロキサン、その他が含まれる。
【００５１】
本発明のポリシロキサンの重量平均分子量は、約１５０から約５００００、約２００から約３００００、約２５０から約２５０００、約３００から約１５０００、さらには約５００から約１００００の範囲にわたることができる。ここで、本明細書および請求の範囲の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、開示されていない範囲を形成してよい。ポリシロキサン網状構造は、幾つかの残存ヒドリド結合を有していてよいことが理解されよう。
【００５２】
金属ナノ粒子材料は、特定の目的または意図する用途について、所望に応じて選択してよい。本発明によれば、金属含有ポリマーマトリックスは、磁性ナノ粒子から選択されたナノ粒子を含む。磁性ナノ粒子は、磁気的特性を示す材料を含んでいる。磁性ナノ粒子は、限定するものではないが、反磁性、常磁性、超磁性、強磁性、反強磁性、スピングラス、電磁気、その他を含む、種々の磁気的特性を有することができる。磁性ナノ粒子に適切な金属には、限定するものではないが、コバルト、鉄、マンガン、ニッケル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれる。磁性ナノ粒子は他の金属を含んでよく、それには、限定するものではないが、アルミニウム、鉄、銀、亜鉛、金、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、カドミウム、水銀、カルシウム、ジルコニウム、イリジウム、セリウム、これらの金属の酸化物および硫化物、またはそのナノ粒子の二またはより多くの組み合わせが含まれる。一つの実施形態においては、ナノ粒子は、二またはより多くの金属の合金を含む。磁性ナノ粒子は、一、二、三、またはより多くの金属を含んでよい。一つの実施形態においては、金属ナノ粒子は鉄を含む。適切な磁性金属ナノ粒子の例には、限定するものではないがＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ４、ＣｏＰｔ、ｆｃｃ相ＦｅＰｔ、ｆｃｔ相ＦｅＰｔ、ＦｅＣｏ、ＭｎＡｌ、ＭｎＢｉ、Ｎｉ３Ｆｅ、ＦｅＳ、ＣｏＦｅ２Ｏ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４の粒子、これらの二またはより多くの組み合わせ、その他の粒子が含まれる。
【００５３】
磁性金属ナノ粒子は、任意の適切なナノ構造であってよい。一つの実施形態においては、ナノ粒子は、ナノスフェア、ナノキューブ、ナノチューブ、ナノロッド、その他、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される。
【００５４】
一つの実施形態においては、金属ナノ粒子は約１から約１００ナノメートル（ｎｍ）の粒径を有する。別の実施形態においては、金属ナノ粒子は約５から約９０ナノメートルの粒径を有する。さらに別の実施形態においては、金属ナノ粒子は約１０から約８０ナノメートルの粒径を有する。さらに別の実施形態においては、金属ナノ粒子は約２０から約７０ナノメートル（ｎｍ）の粒径を有する。よりさらなる実施形態においては、金属ナノ粒子は約３０から約６０ナノメートル（ｎｍ）の粒径を有する。なおさらなる実施形態においては、金属ナノ粒子約３５から約５０ナノメートル（ｎｍ）の粒径を有する。ここで、本明細書および請求の範囲の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、又は開示されていない範囲を形成してよい。金属ナノ粒子の粒径は、任意の適切な方法で求めてよい。一つの実施形態においては、粒径は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定される。
【００５５】
一つの実施形態においては、金属に対するポリマーマトリックスの重量比は、約１：１０００から約１００：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１：１００から約１００：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１：５０から約５０：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１：１０から約５０：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１：１から約３５：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１：１から約２０：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１０：１から約２０：１である。別の実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１２：１から約１６：１である。一つの実施形態においては、金属に対するポリマーの重量比は、約１５：１である。ここで、本明細書および請求の範囲の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、又は開示されていない範囲を形成してよい。
【００５６】
金属含有ポリマーマトリックスは、溶液中で金属錯体を還元して、金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子、または金属硫化物ナノ粒子を形成することによって、形成してよい。一つの実施形態においては、金属錯体を還元するための溶液はまた、ポリマーマトリックスを形成するためのポリマー材料としても役立つ。一つの実施形態においては、金属錯体を還元するための溶液は、ケイ素ヒドリド含有ポリオルガノヒドロシロキサンである。適切なポリオルガノヒドロシロキサン材料の非限定的な例は、上記で記載したものであることができる。
【００５７】
一つの実施形態においては、金属含有ポリマーマトリックスを形成するための方法は、金属錯体をケイ素ヒドリド含有ポリオルガノヒドロシロキサン溶液と、適切な溶媒中で反応させて、金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を形成し、続いてこの懸濁液を反応させて、ポリマーマトリックスを形成することを含む。反応は、窒素雰囲気下のような不活性雰囲気において実行されてよく、金属ナノ粒子が形成される。一つの実施形態においては、金属ナノ粒子を形成するための反応は、約８０℃の温度において実行される。ナノ粒子の形成に続いて、懸濁液は酸素環境に曝露されて、金属ナノ粒子の重合及びカプセル化が行われる。酸素存在下での反応は、約５から約４０分間、一つの実施形態においては約１０から約３０分間、別の実施形態においては約１５から約２５分間の期間にわたって行うことができる。
【００５８】
この方法はまた、重合／カプセル化反応に先立って、コロイド状懸濁液から所定量の溶媒を除去することを含むことができる。一つの実施形態においては、当初の溶媒含有量の少なくとも約５０％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の少なくとも約６０％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の少なくとも約７０％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の少なくとも約８０％が除去される。一つの実施形態においては、当初の溶媒含有量の約５０％から約１００％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の約６０％から約１００％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の約７０％から約１００％が除去され；別の実施形態においては、当初の溶媒含有量の約８０％から約１００％が除去される。
【００５９】
金属ナノ粒子を形成するための金属錯体は、所望の金属をもたらすのに適切な金属化合物であることができる。この金属錯体は、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、磁性金属を含む金属化合物であることができる。所望とする磁性粒子を提供するために他の金属を用いてよく、それには、限定するものではないが、アルミニウム、銀、亜鉛、金、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン、カドミウム、水銀、カルシウム、ジルコニウム、イリジウム、セリウム、またはこれらの二またはより多くの組み合わせが含まれる。金属ナノ粒子を形成するのに適した金属錯体の例には、限定するものではないが、ＦｅＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＰｔＣｌ２、Ｈ２ＰｔＣｌ６、Ｐｔ２（ｄｂａ）３、Ｐｔ２（ｄｖｓ）３、Ｐｔ（ＯＡｃ）２Ｐｔ（ａｃａｃ）２、Ｎａ２ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ６、炭酸白金、硝酸白金、１，５−シクロオクタジエンジメチル白金（ＩＩ）、過塩素酸白金、白金のアミン錯体、ヘキサクロロパラジウム酸（ＩＶ）アンモニウム、塩化パラジウム（ＩＩ）、ＡｕＣｌ３、Ａｕ２Ｏ３、ＮａＡｕＯ２、ＡｇＣｌ、ＡｇＮＯ３、ＣｕＳＯ４、ＣｕＯ、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＣｌ２、Ｒｕ２Ｏ３、ＲｕＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＴｉＣｌ４、塩化バナジウム、塩化カドミウム、塩化カルシウム、四塩化ジルコニウム、塩化水銀といった錯体が含まれる。ここで使用するところでは、「ｄｂａ」はジベンジリデンアセトンを意味し、「ｄｖｓ」はジビニルテトラメチルジシロキサンを意味し、「ＯＡｃ」はアセテートアニオンを意味し、そして「ａｃａｃ」はアセチルアセトン配位子を意味する。
【００６０】
支持材料は、特定の目的又は用途について、所望に応じて選択可能である。一つの実施形態においては、支持材料は有機ポリマー材料、無機材料、その他であることができる。適切な支持材料の例には、限定するものではないが、ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸、またはケイ酸カルシウムアルミニウムのようなケイ酸塩、種類の異なるクレイ、シリケート、シリカ、デンプン、炭素、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ジルコニア、金属酸化物、カーボンナノチューブ、合成ゼオライトおよび天然ゼオライト、ビーズまたは繊維状のポリマー樹脂、またはこれらの二またはより多くの混合物が含まれる。適切な有機材料の例には、スチレン又はビニル含有化合物のような、不飽和官能基含有ポリマーが含まれる。適切な有機樹脂の他の例には、ＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なＮａｆｉｏｎ登録商標のようなスルホネート樹脂が含まれる。
【００６１】
支持材料は一般に、粒子として提供可能である。一つの実施形態においては、支持体粒子は約５０から約１０００マイクロメートルの粒径を有する。一つの実施形態においては、支持体粒子は約１００から約８００マイクロメートルの粒径を有する。一つの実施形態においては、支持体粒子は約２００から約７００マイクロメートルの粒径を有する。一つの実施形態においては、支持体粒子は約３００から約６００マイクロメートルの粒径を有する。ここで、本明細書および請求の範囲の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、又は開示されていない範囲を形成してよい。支持体粒子の粒径は、任意の適切な方法で求めてよい。一つの実施形態においては、粒径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定される。
【００６２】
支持材料は、それに付着した、ポリマーマトリックスの部分と反応可能な官能基を含み、金属含有ポリマーマトリックスが、支持材料に対して化学的に結合されるようにする。支持材料は、親水性または疎水性であってよい。理解されるように、官能基は、粒子の自然な表面特性（例えばシリカ表面のＯＨ基）によって提供されることができ、或いは粒子を選ばれた化学部分で官能化して、所望の反応部位または反応性をもたらすようにしてよい。一つの実施形態においては、ポリマーマトリックスがヒドロシラン（ＳｉＨ）部分を含む場合には、支持材料は、例えばヒドロシリル化反応、縮合反応その他といった反応を介してＳｉＨ部分と反応可能な、任意の基で官能化することができる。一つの実施形態においては、支持材料は、シラノール、アルコキシ、アセトキシ、シラザン、オキシミノ官能化シリル基、ヒドロキシル、アシロキシ、ケトキシミノ、アミン、アミノキシ、アルキルアミド、水素、アリル又は他の脂肪族オレフィン基、アリール、ヒドロスルフィド、これらの二またはより多くの組み合わせ、その他といった基から選択される官能基を含有する化合物で変性することができる。シラノール、アルコキシ、及びアセトキシ基は全て、Ｓｉ−Ｈ基と縮合可能である。一つの実施形態においては、支持材料は、炭素−炭素不飽和結合（例えば二重結合または三重結合）を有する官能基を含む。一つの実施形態においては、支持材料は、−Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｓｉ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎＣ≡ＣＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＨ２、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＳＨ、これらの二またはより多くの組み合わせ、その他から選択される官能基を有し、そしてｎは１〜２６、１〜１０、さらには１〜８である。支持材料上にもたらされる官能基は、金属含有マトリックス材料のポリマーマトリックス上にもたらされる官能基との結合を容易にするように所望に応じて選択可能であり、金属含有ポリマーマトリックスを支持体に対して結合または固定する。
【００６３】
シリカの支持体粒子と、ヒドロシロキサンポリマーを含む金属含有マトリックスの場合、本発明者らが見出したところでは、シリカ粒子を疎水性基で官能化して、疎水性のシロキサンポリマーとの反応を容易にすることが有利であり得る。本発明においては、この特定の官能化プロセス（即ち、材料を疎水性基で処理すること）を、「キャッピング」と称する。
【００６４】
一つの実施形態においては、基材の粒子はシラザンで官能化される。シラザン化合物は、分子内にＳｉ−Ｎ結合を有する化合物の一般名である。適切なシラザンには、限定するものではないが、アルキルジシラザンのようなジシラザンが含まれる。適切なシラザンの特定的な例には、限定するものではないが、ジメチルジシラザン、トリメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＺ）、オクタメチルトリシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザン、テトラエチルテトラメチルシクロテトラシラザン、テトラフェニルジメチルジシラザン、ジプロピルテトラメチルジシラザン、ジブチルテトラメチルジシラザン、ジヘキシルテトラメチルジシラザン、ジオクチルテトラメチルジシラザン、ジフェニルテトラメチルジシラザン、及びオクタメチルシクロテトラシラザンが含まれる。加えて、シラザン化合物を部分的にフッ素で置換して得られた、フッ素含有有機シラザン化合物を使用してもよい。さらに他の実施形態においては、シラザン化合物は、例えばビニル基のような炭素−炭素二重結合を含む。適切なビニル含有シラザンの例は、ジビニルテトラメチルシラザン（ＤＶＴＭＤＺ）である。本プロセスにおいて有用な他のビニル含有化合物は、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、及びビニルトリイソプロポキシシランといった、ビニルトリアセトキシシラン及びビニルトリアルコキシシランである。
【００６５】
一つの実施形態においては、官能化された基材は、アルキルジシラザンとビニル含有ジシラザンの組み合わせを含む。ビニル含有ジシラザンに対するアルキルジシラザンの重量比は、約１０００：１から約１：１０００であることができる。一つの実施形態においては、ビニル含有ジシラザンに対するアルキルジシラザンの重量比は、約５００：１から約１：５００であることができる。別の実施形態においては、ビニル含有ジシラザンに対するアルキルジシラザンの重量比は、約１００：１から約１：１００であることができる。さらに別の実施形態においては、ビニル含有ジシラザンに対するアルキルジシラザンの重量比は、約１０：１から約１：１０であることができる。ここで、本明細書および請求の範囲の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、開示されていない範囲を形成してよい。一つの実施形態においては、基材は、ヘキサメチルジシラザンとジビニルテトラメチルジシラザンの両者によって官能化される。
【００６６】
担持磁性粒子は、（官能化された）基材粒子に付着したマトリックス材料を含む。金属含有マトリックス材料は、金属含有マトリックス材料と基材とを、マトリックス材料を基材上の官能基に結合させるのに十分な条件の下で反応させることによって形成可能である。一つの実施形態においては、金属含有マトリックスは、ＳｉＨ基を含有するポリヒドロシロキサンを含み、これらのＳｉＨ基が、基材材料上に配置された官能基と反応する。
【００６７】
ポリマーの官能部分と、基材に付着した官能基との反応は、反応を受ける部分に応じて、任意の適切な手段によって実行することができる。例えば、反応は所望に応じ、溶媒の存在下または不存在下で実行してよい。一つの実施形態においては、反応は、約５℃から１５０℃の温度において実行される。一つの実施形態においては、反応は、約０．００１から約１０ｂａｒの範囲の圧力において実行される。
【００６８】
金属触媒材料における金属充填濃度は、基材粒子の合計重量に基づいて、約０．００１から約２０重量パーセントであることができる。一つの実施形態においては、金属触媒材料における金属充填濃度は、基材粒子の合計重量に基づいて、約０．０１から約１５重量パーセントであることができる。別の実施形態においては、金属触媒材料における金属充填濃度は、基材粒子の合計重量に基づいて、約０．０５から約５重量パーセントであってよい。さらに別の実施形態においては、金属触媒材料における金属充填濃度は、基材粒子の合計重量に基づいて、約０．１から約１重量パーセントであってよい。
【００６９】
流体の分離
担持磁性ナノ粒子は、油および水を含有するエマルジョンの分離のように、流体を分離させるために使用してよい。一つの実施形態においては、担持磁性ナノ粒子は、担持磁性ナノ粒子を流体と接触させることによって、油および水を含有する流体を別々の相に分離させるために採用してよい。担持磁性粒子は分離すべき流体へと、油相および水相の分離を達成するのに適切な、所望とする量で添加してよい。一つの実施形態においては、粒子は分離すべき溶液に対して、分離すべき溶液の重量に基づいて、約０．０１から約５重量％；約０．０５から約２．５重量％；さらには約０．１から約１重量％の量で添加してよい。一つの実施形態においては、担持磁性粒子は、約０．０１から約０．０５重量％の量で添加してよい。ここで、本明細書の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、開示されていない範囲を形成してよい。一つの実施形態においては、流体の温度は約１℃から約１０００℃；約２５℃から約５００℃；約５０℃から約１００℃；さらには約６５℃から約８０℃である。ここで、本明細書の他の個所も同様に、数値は組み合わせて新たな、開示されていない範囲を形成してよい。これらの相は、油相を水相からデカンテーションことによって分離してよい。油相を水相からデカンテーションするについては、水に対して磁力を適用して、水相を油相と別に保持してよい。
【００７０】
油相と水相を分離した後、担持磁性ナノ粒子を水相から回収してよい。これは、水相を濾過することによって達成してよい。担持磁性ナノ粒子は適切な溶剤で洗浄してよく、油の残渣が除去される。粒子は次いで、他の流体の処理のために再使用してよい。一つの実施形態においては、水は担持磁性粒子の洗浄のために使用してよい。
【００７１】
担持磁性ナノ粒子は、エマルジョンのような流体を処理するために使用してよい。一つの実施形態においては、エマルジョンは、水と油を含有するエマルジョンである。一つの実施形態においては、流体は油中水型エマルジョンであってよい。別の実施形態においては、流体は水中油型エマルジョンであってよい。油は一般に、一またはより多くの凝縮可能な炭化水素を含有する任意の油であってよい。油は、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから誘導されてよい。原油は、固形分、アスファルテン、有機酸、塩基性窒素含有化合物、その他を含む、種々の成分を含有してよい。エマルジョンはまた、精製鉱油、ガソリン、ケロシン、その他から誘導される、炭化水素エマルジョンを含んでよい。
【００７２】
本発明を種々の実施形態に関して記載してきたが、本発明の側面はさらに、以下の実施例を考慮して理解されてよい。実施例は本発明の側面を例示するためのものであり、本発明を制限することを意図したものではない。
【実施例】
【００７３】
実施例１：Ｆｅ３Ｏ４／シリカ粒子の合成
１グラムの塩化鉄四水和物（９９％ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、シグマ−アルドリッチ社）を２ＭのＨＣｌ溶液４ｍＬに溶解し（溶液Ａ）、次いで２．７１９グラムの塩化鉄六水和物（９７％ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、シグマ−アルドリッチ社）を１０ｍＬの脱イオン水に溶解した（溶液Ｂ）。溶液Ａと溶液Ｂは、１００ｍＬのビーカー中で混合した（溶液Ｃ）。次いで、溶液Ｃに対して１３ｍＬの（２５重量％）アンモニア溶液（ＮＨ４ＯＨ、メルク社）を、Ｎ２下に激しく撹拌しながらビューレットから滴下により添加した。この混合物が表す当初のＦｅ（ＩＩＩ）対Ｆｅ（ＩＩ）のモル比は２：１である。アンモニア溶液の添加が完了すると、混合物の色は黒に変わった。次いで、１８ｍＬのラウリン酸がこの懸濁液に添加されて、ラウリン酸中でのＦｅ３Ｏ４ナノ粒子の安定化が１５分間継続された。実施例１からの、ラウリン酸で安定化されたＦｅ３Ｏ４ナノ粒子（フラスコから取り出す）および７．５グラムの親水性シリカ（粒径：１００〜２００メッシュまたは８０〜１００μｍ）はペトリ皿に移し、完全に混合して、均一な解乳化剤粉末を形成した。この固形解乳化剤はさらに、オーブン中で３時間乾燥して、揮発性成分を除去した。これにより、Ｆｅ３Ｏ４含有量が０．１重量％の、Ｆｅ３Ｏ４／ＳｉＯ２解乳化剤粉末が得られた。
【００７４】
実施例２：原油の解乳化
Ｓｏｂｈｅｓａｎ原油の解乳化を、ボトルでの試験を用いて実行した。実施例１の担持磁性粒子をＳｏｂｈｅｓａｎ原油の試料に対して０．０１〜０．０５重量％の量で添加した。試料（複数）は一時間にわたり、７０℃の温度に加熱した。エマルジョンは、原油である上側の相と、担持磁性粒子を含有する下側の水相の、二つの相に分離した。原油の相は、デカンテーションによって水相から除去した。
【００７５】
担持磁性粒子は水相から、濾過によって回収した。回収した磁性粒子は、水で洗浄して乾燥し、その後の解乳化プロセスで使用した。
【００７６】
以上においては本発明の実施形態について記載してきたが、明らかに、本明細書を読了し理解した者には、修正及び変更が想起されるであろう。本発明及び請求項は、そうした全ての修正及び変更を、それらが請求項の範囲内またはその均等物に該当する限りにおいて、包含することを意図している。
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月2日(2016.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油および水を含有する組成物を分離させる方法であって：
油および水を含有する組成物を担持磁性ナノ粒子と接触させて、油および水を少なくとも部分的に油相と水相に分離させることを含み、ここで担持磁性ナノ粒子が、支持材料に結合した官能化ナノ粒子を含む、方法。
【請求項２】
官能化ナノ粒子が、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される磁性金属を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
官能化ナノ粒子が、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ４、ＣｏＰｔ、ｆｃｃ相ＦｅＰｔ、ｆｃｔ相ＦｅＰｔ、ＦｅＣｏ、ＭｎＡｌ、ＭｎＢｉ、Ｎｉ３Ｆｅ、ＦｅＳ、ＣｏＦｅ２Ｏ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される粒子を含む、請求項２の方法。
【請求項４】
官能化ナノ粒子が、ナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機酸で安定化することによって官能化される、請求項２または３の方法。
【請求項５】
有機酸が、脂肪酸が、ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸、ヘキサデカン酸、パルミチン酸、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項４の方法。
【請求項６】
官能化ナノ粒子が、ポリマーマトリックスにカプセル化された磁性ナノ粒子を含む、請求項１の方法。
【請求項７】
ポリマーマトリックスが、ビニル芳香族、ハロゲン化ビニル、アルファモノオレフィン、アクリロニトリル、アクリレート、アミド、アクリルアミド、エステル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせのポリマー又はコポリマーを含有する有機ポリマーマトリックスを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
ポリマーマトリックスが、一般式：
Ｍ１ａＭ２ｂＤ１ｃＤ２ｄＴ１ｅＴ２ｆＱｊ
のケイ素ヒドリド含有ポリオルガノヒドロシロキサンから誘導され、式中：Ｍ１＝Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ１／２；Ｍ２＝Ｒ４Ｒ５Ｒ６ＳｉＯ１／２；Ｄ１＝Ｒ７Ｒ８ＳｉＯ２／２；Ｄ２＝Ｒ９Ｒ１０ＳｉＯ２／２；Ｔ１＝Ｒ１１ＳｉＯ３／２；Ｔ２＝Ｒ１２ＳｉＯ３／２；Ｑ＝ＳｉＯ４／２；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、及びＲ１２は１から６０の炭素原子を有する一価の脂肪族、芳香族、またはフルオロ炭化水素；Ｒ４、Ｒ９、Ｒ１２の少なくとも一つは水素；そして下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、及びｊはゼロまたは正であって以下の制限：２≦ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｊ≦６０００及びｂ＋ｄ＋ｆ＞０に従う、請求項６の方法。
【請求項９】
ポリマーマトリックスが、ヒドリド；カルボキシル基、アルコキシ官能基、エポキシ官能基、トリアズ−１−イン−２−イウム官能基、無水物基、メルカプト基、アクリレート、アルキル、オレフィン、ジエニル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む、請求項６〜８のいずれかの方法。
【請求項１０】
ポリマーマトリックスが、−Ｓｉ−Ｈ；−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＲ１３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＲ１４）３、−Ｓｉ（ＯＲ１５）１−３、−Ｓｉ（ＣＨ２）ｎ−エポキシ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ｎ−Ｎ≡Ｎ、その他から選択される官能基を含み、ここでＲ１３、Ｒ１４、及びＲ１５が水素、ヒドロカルビル、置換ヒドロカルビル、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択され、そしてｎが１から２６から選択される、請求項６〜８のいずれかの方法。
【請求項１１】
ポリマーマトリックスがポリシロキサンを含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
ポリシロキサンがヒドロシロキサン及びビニルケイ素化合物から形成される、請求項１１の方法。
【請求項１３】
ポリマーマトリックスが、約１：１０００から約１００：１のポリマー対金属比を有する、請求項６〜１２のいずれかの方法。
【請求項１４】
ナノ粒子が約１から約１００ナノメートルの粒径を有する、請求項１の方法。
【請求項１５】
支持材料が、ケイ素、ケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸、またはケイ酸カルシウムアルミニウムのようなケイ酸塩、クレイ、シリケート、シリカ、デンプン、炭素、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ジルコニア、金属酸化物、カーボンナノチューブ、合成ゼオライトおよび天然ゼオライト、ビーズまたは繊維状のポリマー樹脂、またはこれらの二またはより多くの混合物から選択される、請求項１の方法。
【請求項１６】
金属充填量が、支持材料の約０．００１から２０重量パーセントの範囲にある、請求項１の方法。
【請求項１７】
金属充填量が、支持材料の約０．０５から約５重量パーセントの範囲にある、請求項１の方法。
【請求項１８】
支持材料が、シラノール、アルコキシ、アセトキシ、シラザン、オキシミノ官能性シリル基、ヒドロキシル、アシロキシ、ケトキシミノ、アミン、アミノキシ、アルキルアミド、水素、アリル、脂肪族オレフィン基、アリール、ヒドロスルフィドのような基、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含む、請求項１の方法。
【請求項１９】
支持材料が、−Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ２、−Ｓｉ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎＣ≡ＣＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＨ２、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＯＨ、−Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−ＳＨ、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される官能基を含み、ｎが１〜２６である、請求項１の方法。
【請求項２０】
金属含有ポリマーマトリックスが、支持材料に付着された疎水性官能基を介して支持材料に共有結合されている、請求項１の方法。
【請求項２１】
疎水性基が、アルキルジシラザン、ビニル含有シラザン、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項２０の方法。
【請求項２２】
油および水を含有する組成物が、約１℃から約１０００℃の温度にある、請求項１の方法。
【請求項２３】
水相に磁場を印加して組成物から油相を除去することをさらに含む、請求項１の方法。
【請求項２４】
油相を除去する工程が、油相を組成物からデカンテーションすることを含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
担持磁性粒子を水相から除去することをさらに含む、請求項２３の方法。
【請求項２６】
水相から除去された担持磁性粒子を洗浄することをさらに含む、請求項２５の方法。
【請求項２７】
水相から除去された担持磁性粒子を後の操作で再使用して、油および水を含む組成物を分離させることをさらに含む、請求項２５又は２６の方法。
【請求項２８】
組成物が油中水型エマルジョンである、請求項１の方法。
【請求項２９】
組成物が水中油型エマルジョンである、請求項１の方法。
【請求項３０】
油が、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項１の方法。
【請求項３１】
支持体に共有結合された官能化磁性金属ナノ粒子を含み、ここで官能化磁性ナノ粒子が磁気的特性を示すナノ粒子を含み、前記ナノ粒子がポリマーマトリックスにカプセル化され、及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化することによって官能化されている、固形解乳化剤。
【請求項３２】
油、
水、及び
固形解乳化剤を含み、固形解乳化剤が支持体に共有結合された官能化磁性金属ナノ粒子を含み、ここで官能化磁性ナノ粒子が磁気的特性を示すナノ粒子を含む、エマルジョン。
【請求項３３】
前記ナノ粒子がポリマーマトリックスにカプセル化され、及び／又はナノ粒子をＣ７〜Ｃ３０の有機脂肪酸で安定化することによって官能化されている、請求項３２のエマルジョン。
【請求項３４】
油が、原油、原油蒸留物、ビチューメン、原油と軽油のブレンド、植物油、動物油、合成油、またはこれらの二またはより多くの組み合わせから選択される、請求項３２又は３３のエマルジョン。
【国際調査報告】
2018511460.tif 000002
2018511460.tif 000003