金属离子诱导的表面活性颗粒的气-液界面组装行为

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固体颗粒构筑的Pickering泡沫由于具备良好的稳定性而受到人们的广泛关注。固体颗粒在气-液界面上吸附时,由于脱附所需的能量极大而难以脱附;同时,颗粒构筑的液膜具有很强的刚性,能有效抑制液膜排液,阻止气泡之间的聚并。Pickering泡沫研究的重点主要包括:一方面,利用简单便捷的方法制备表面活性颗粒,以此构筑高稳定性能的泡沫分散体系;另一方面,利用合适的方法将完成功能后的泡沫进行消泡。因此,本论文研究了高稳定Pickering泡沫的构筑及其在发泡和消泡之间的切换行为。论文主要开展了以下两个工作:体系一,通过金属离子诱导氨基酸形成表面活性颗粒成功构筑了 pH响应性Pickering泡沫。研究表明,一些疏水性氨基酸如苯丙氨酸、亮氨酸和色氨酸,在去质子化形态下可与Zn2+、Cd2+、Pb2+、Co2+等金属离子结合形成润湿性适宜的颗粒,并进一步形成Pickering泡沫。利用光学显微镜、红外光谱、接触角测试、SEM等表征手段证实了 Pickering泡沫的形成。该泡沫表现出良好的稳定性,并且可以通过调节溶液的pH实现发泡-消泡之间的可逆转变。即当溶液的pH值增大时,氨基酸以阴离子形式存在且容易与金属离子配位形成不溶性颗粒来稳定泡沫;当pH值降低时,氨基酸重新质子化使得颗粒消失,最终导致体系消泡。本工作提出了一种以环境友好型氨基酸为原料制备Pickering泡沫的简便方法,为构建刺激响应性分散体系提供了新思路。体系二,通过向全氟羧酸中引入金属离子,诱导全氟羧酸形成凝胶与泡沫体系。Pb2+、Ni2+、La3+等可以与全氟羧酸结合形成泡沫,而Cu2+可以与全氟羧酸结合形成凝胶。通过光学显微镜、红外光谱、SEM、接触角测试、XRD等手段探究了凝胶或泡沫的形成机理。凝胶是由金属配位、氢键、疏水作用等共同驱动的,而泡沫则是由金属离子与全氟羧酸通过配位作用形成的颗粒稳定的。研究表明,全氟羧酸的链长显著影响颗粒的润湿性,进而影响泡沫的形成。该泡沫体系可以丰富表面活性颗粒的制备方法,同时由于泡沫具有良好的稳定性,对于三相阻燃泡沫的制备提供了参考。
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