刺激响应型乳液体系的构建、调控及其应用研究

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以固体颗粒作为乳化剂所稳定的乳液称为Pickering乳液,具有毒性小、易回收、稳定性高、环境友好的优点,广泛应用于石油运输、界面催化、乳液聚合和化石燃料生产等领域。近年来,由带同种电荷纳米颗粒和表面活性剂稳定的新型乳液进入了人们的视野,其稳定机理是纳米颗粒不吸附于油/水界面,而是分散在连续相中,增加颗粒与液滴之间的膜层厚度,阻碍液滴的聚结。此外,在某些情况下,如食品储存、药物输送等,需要对乳液进行相分离,即在内部或外部环境刺激下,乳液需在稳定和不稳定之间迅速变化,因此,可通过外界刺激调控稳定性的响应型乳液引起了人们的极大关注。基于上述讨论,本文对二茂铁衍生物改性Fe3O4纳米颗粒稳定的氧化还原和磁场双重响应的Pickering乳液进行了研究,随后研究了带正电荷的Ti O2纳米颗粒和阳离子染料罗丹明-B(Rh B)稳定的光响应性新型乳液。探究了两种类型乳液的稳定机理及刺激响应性的触发机制,并实现了新型乳液向Pickering乳液的转变。具体研究结果如下:1.将氧化态乙酰基二茂铁衍生物(Fc+H)通过静电作用对Fe3O4纳米颗粒进行疏水改性,改性后的Fe3O4纳米颗粒作为乳化剂稳定Pickering乳液。研究表明,乳液液滴的粒径随着Fc+H浓度及乳化剂浓度的增加而减小,且稳定性越来越好;Fe3O4纳米颗粒的粒径越大,所稳定Pickering乳液液滴的粒径也越大,说明颗粒粒径对液滴尺寸有很大影响。而且,所得Pickering乳液的稳定性可通过氧化还原和磁场进行调控。2.将带有正电荷的含有荧光基团的氧化态乙酰基二茂铁吖嗪(Fc+A)对Fe3O4纳米颗粒进行非共价改性,并将其作为稳定剂制备氧化还原和磁场双重响应的Pickering乳液。结果表明,Fc+A在Fe3O4纳米颗粒上的吸附量为0.24 mmol/g,分子面积为0.27 nm2,高于空气-水界面(0.21 nm2),说明该吸附过程为典型的单层吸附;引入含有蒽基的Fc A作为荧光发射标记物,可清楚地观察到纳米颗粒吸附于油/水界面;由于Fc+A在Fe3O4纳米颗粒表面的吸附和解吸作用,可以通过交替添加氧化剂H2O2和还原剂N2H4·H2O使Pickering乳液在稳定和不稳定之间可逆切换;此外,基于Pickering乳液的磁响应性,在外加磁场的作用下,乳液可对含有Rh B的水溶液进行净化,Rh B的提取效率约为97.5%。3.制备了带正电荷的Ti O2纳米颗粒和阳离子染料Rh B稳定的光响应性新型乳液。其稳定机理是Rh B吸附于油/水界面使液滴带有电荷,产生静电排斥,Ti O2纳米颗粒分散在连续相中,形成较厚的膜层,阻碍液滴聚结。由于锐钛矿型Ti O2纳米颗粒的高催化活性,在紫外灯照射下,Rh B会发生原位光降解,乳液破乳;此外,在新型乳液中加入带相反电荷的Fe3O4纳米颗粒,可以实现新型乳液向Pickering乳液的转变,本研究为乳液的转化提供了一条新的途径。
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