CO2响应型Pickering乳液的构筑及应用

互不相溶的油/水两相在固体颗粒的作用下,其中一相以小液滴形式溶于另一相中形成的乳液称为Pickering乳液。由于其制备成本低、稳定性强且环境友好,目前已应用于医药、食品及化妆品等多个领域。在实际的应用中,具有长期稳定性质和可快速乳化/破乳的乳液在石油开采、催化等领域需求广泛,因而制备具有环境刺激响应性质的Pickering乳液迫在眉睫。与pH、磁场、温度、光等刺激手段相比,CO₂响应型乳液具有廉价易得、无污染、响应迅速、生物相容性好等优势,是解决产品循环回收问题的有效策略。目前CO₂刺激响应型Pickering乳液体系仍处于研究的初级阶段,且该乳液的响应机制、构筑策略仍有待明确和拓展。本文总结了Pickering乳液的稳定/响应机制,综述了CO₂响应型Pickering乳化剂的种类及构筑策略,列举了其在乳液聚合、界面催化、生物医药领域的应用进展,并展望了其未来的发展前景。     

三相界面电催化二氧化碳还原研究进展

电催化二氧化碳还原是能源化学及催化科学的研究重点与难点.气-固-液三相界面模型作为物理化学中的基本概念,近年来被越来越多地应用于电催化二氧化碳还原反应的研究,其相比于传统固-液两相体系表现出了诸多优点.本综述阐述了三相界面电催化二氧化碳还原研究进展,对三相界面电催化体系进行分类及原理探究.再具体到二氧化碳还原反应,讨论...     

软颗粒在液-液界面吸附及界面催化

正Pickering乳液是由吸附在水油两相界面上的颗粒稳定的乳状液,而这些颗粒的界面脱附往往需要很高的热力学脱附能,使得Pickering乳液具有良好的稳定性~1。相比于传统的表面活性剂稳定的乳液,颗粒在液液界面的存在不仅有效阻止了乳滴间的聚结合并,还赋予了乳液环境响应性,如pH、温度~2。因此,Pickering乳液被广泛应用于医药、催化、材料、能源、食品等领域~(3–5)。诸多颗粒被证明可以作为Pickering乳液的乳化剂,如二氧化硅纳米球、聚苯乙烯微球、碳酸钙颗粒等。除此以外,软颗粒稳定的Pickering乳液越来越引起了研究者的兴趣,而最具代表性的便是微凝胶粒子(microgel) ~6和蛋白质颗粒。     

化学工业出版社化学专业图书推荐

正《新编胶体与界面化学》刘洪国、孙德军、郝京诚编著本书以界面为主线,介绍了与气/液、液/液、气/固和液/固界面相关的基本原理和基础知识,并穿插介绍了与这些界面相关的部分分散体系,如泡沫、乳液、微乳液、溶胶等,并对表面活性分子在溶液中形成的胶束和囊泡分别进行了介绍。我们还特别针对近年来研究较为活跃的分散体系,如纳米乳液和Pickering乳液等     

《新编胶体与界面化学》

刘洪国、孙德军、郝京诚编著本书以界面为主线,介绍了与气/液、液/液、气/固和液/固界面相关的基本原理和基础知识,并穿插介绍了与这些界面相关的部分分散体系,如泡沫、乳液、微乳液、溶胶等,并对表面活性分子在溶液中形成的胶束和囊泡分别进行了介绍。我们还特别针对近年来研究较为活跃的分散体系,如纳米乳液和Pickering乳液等的基本概念和进展做了介绍;并对胶体与界面化学的基本原理在纳米材料和超分子组装方面的应用做了阶段性综述。     

表面上和纳米孔道内以及乳液中的手性催化

多相手性催化是合成手性化合物的有效途径之一,开发高活性、高选择性的多相手性催化剂并应用于不对称催化反应是兼具基础科学和应用科学背景的重要研究方向. 本文综述了近年来具有代表性的固体表面上、纳米孔道内以及手性乳液体系中的多相手性催化研究进展,着重对本实验室近年来在该领域中的探索研究进行了介绍,涉及的重要手性催化反应包括氢化、氢转移、氢甲酰化、环氧化、环氧化物水解动力学拆分、Aldol反应和Diels-Alder反应等. 我们的研究表明,手性修饰纳米粒子催化剂上的手性氢化反应可以获得95% ee以上的手性选择性以及高达 20 000 h-1 的TOF, 手性氢甲酰化反应得到90% ee的手性选择性;在手性催化剂组装的乳液体系中,催化不对称Aldol反应获得高达99% ee的手性选择性,催化活性得到显著提升,乳液氢转移反应的TOF可达3×105 h-1;在纳米孔中多个手性环氧化反应的例子显示出孔道效应能够显著提高手性选择性,并发现在纳米反应器中的环氧化物水解动力学拆分反应显示出催化剂协同活化效应,使催化反应的活性大幅度提高. 本文还讨论了表面、界面上以及孔道中的催化剂组装、孔道限阈以及多中心协同效应等因素对多相手性催化反应性能的影响.     

Janus纳米金稳定的Pickering乳液界面催化氧化性能

Janus纳米粒子的结构设计和简易合成是Pickering乳液界面催化的关键. 本文通过在Pickering乳液保护法中操纵共轭亚油酸的自组装、 自交联性和弱还原性, 合成了Janus型自交联吸附胶束修饰的纳米Fe₃O₄ (SCA-Fe₃O₄), 并在其表面原位还原金后, 合成了Janus型催化剂Au-SCA-Fe₃O₄, 考察其同时作为乳化剂和催化剂在乳液界面催化苯甲醇氧化生成苯甲醛的性能. 结果表明, 该Janus纳米粒子的金修饰量(质量分数)仅为0.66%, 兼具乳化性、 催化性和磁响应性. Au-SCA-Fe₃O₄可制备外观稳定(100 μm)和热稳定(90 ℃)的苯甲醇/水型Pickering乳液, 可显著提高互不相溶反应物与催化剂间的接触面积, 使其催化活性达到均匀纳米催化剂的2倍和非乳液催化时的3倍, 其在界面的不可转动性使苯甲醛的选择性高于99.9%, 避免了苯甲醛被过度氧化成苯甲酸.     

马来松香酸和纳米氧化铝颗粒协同稳定具有pH响应性的Pickering乳液

使用有机颗粒稳定Pickering乳液受到越来越多的关注, 润湿性可调的有机颗粒且结合纳米无机颗粒协同稳定不同类型的Pickering乳液却鲜有报道. 系统研究了基于具有多羧酸基团的松香基衍生物马来松香(MPA)与纳米Al₂O₃颗粒在不同pH条件下形成的乳液类型及相关机理. 研究发现, 在单一MPA颗粒体系条件下, pH可以诱导乳液的类型由W/O Pickering乳液到O/W Pickering乳液, 到最后O/W乳液的转变, MPA的亲水性随着pH升高而增强是该乳液转变的原因. 当纳米Al₂O₃颗粒加入到MPA中后, 吸附在MPA颗粒上的亲水性Al₂O₃导致MPA颗粒亲水性增加, 从而可以使W/O Pickering乳液转变为O/W Pickering乳液(pH=1). 当pH=6时, MPA分子与纳米Al₂O₃颗粒同时具有较强的亲水性且分别无法形成稳定的乳液, 但两者的混合体系可以形成稳定的W/O Pickering乳液, 这是因为MPA分子与纳米Al₂O₃颗粒可以在水溶液中形成疏水性较强的络合物. 另外, 研究了MPA浓度及油相体积分数对乳液外观及粒径的影响, 发现随着MPA浓度增加Pickering乳液的粒径逐渐减小, 增加油相的体积分数会引起粒径的增大. 最后, 利用Zeta电势、颗粒在油水界面吸附率、接触角及表/界面张力研究了稳定Pickering乳液的稳定机理, 在油水界面上吸附的类似盔甲状颗粒层及颗粒层之间形成的网状结构是乳液液滴保持稳定的原因. 为Pickering乳液的绿色化制备提供了一种新的途径, 将在化妆品、医药及新材料等领域得到重要应用.     

氧化石墨烯和石墨烯量子点的两亲性调控及其在Pickering乳液聚合中的应用

氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)和石墨烯量子点(Graphene quantum dots,GQDs)与聚合物复合时的分散性较差,用Pickering乳液聚合法可有效解决该问题,这对于提升复合材料的功能性有重要意义。本文归纳了GO和GQDs的制备方法和结构模型,阐述了GO尺寸、离子强度、pH、GO和GQDs结构设计以及单体极性等因素对于GO和GQDs的两亲性调控及其用于Pickering乳液聚合的影响,总结了GO和GQDs用于Pickering乳液聚合的研究进展。GO和GQDs能否作为稳定剂用于Pickering乳液聚合主要与液-液、液-固界面的界面张力大小以及GO和GQDs能否自发地吸附在液-液界面有关,尺寸、离子强度、pH、亲疏水性等均可显著影响液-固界面的界面张力,单体的极性则决定了液-液和液-固界面的界面张力。通过改性、还原等手段对GO和GQDs进行修饰后,可赋予Pickering乳液聚合物导电、导热以及磁响应性等优异性能。最后对GO和GQDs稳定Pickering乳液的研究进行了展望。     

具有高光催化活性的两亲性TiO_2 Janus粒子的制备（英文）

随着工业技术和社会经济的快速发展,水污染问题日益严重.尤其是化工原料和产品在生产、储存和运输过程中发生的事故,造成大量有机物进入水体,对自然环境造成极大危害.特别是在海洋中发生大规模的泄漏事故时,通过简单的物理方法如吸附、萃取等能够回收大部分资源,但在水体中仍有高浓度的污染物以油滴的形式存在,难以进一步去除.二氧化钛光催化技术在处理高浓度、难降解有机废水方面具有独特优势,但由于其强亲水性导致与污染物接触面积受限,降解效率不高.Pickering乳液是一种界面催化新技术,是由具有两亲性的胶体粒子代替传统表面活性剂形成的油水分散体系,固体粒子吸附在油/水界面,提高了固液接触面积,由此构成了无数个强化反应的微反应器.本文将光催化技术与Pickering乳液优势结合,实现催化剂与有机物界面面积的最大化,从而提高降解效率.首先采用拓扑选择表面改性法用硬脂酸改性二氧化钛制备Janus粒子,在此基础上用制得的二氧化钛Janus粒子构筑Pickering乳液光催化降解体系,研究其对有机废水的降解效率.FM和HRTEM表征结果显示,硬脂酸均匀分布在TiO_2的一侧,符合Janus粒子的结构特征.与纯TiO_2相比,TiO_2 Janus粒子的接触角从14.6°增大到72.9°,具备一定的亲水亲油性,可以有效润湿油性有机物,说明TiO_2 Janus粒子可以构筑稳定的Pickering乳液光催化体系.乳液稳定性实验表明,以TiO_2 Janus粒子为乳化剂的乳液稳定时间长达15 d,明显优于TiO_2和STA-TiO_2.降解高浓度煤油废水和硝基苯废水的实验表明,与纯TiO_2和STA-TiO_2相比,TiO_2 Janus粒子的光催化效率有明显提高,紫外灯辐照120 min后,硝基苯的降解率达到98.9%,约是纯TiO_2的2倍,STA-TiO_2的1.3倍,煤油的降解率也达到89%.采用叔丁醇、对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和过硫酸钾作为捕获剂对TiO_2 Janus粒子的光催化机理进行了研究.结果表明,羟基自由基在硝基苯降解过程中起主要作用,光生空穴和超氧自由基起次要作用.TiO_2 Janus粒子能够高效降解有机物归因于粒子的亲油性提高,增大了催化剂粒子与有机污染物的界面接触面积,强化了羟基自由基迁移到有机污染物表面的速率,从而显著提高了光催化效率.     

开关型Pickering乳液体系

Pickering乳液以胶体尺寸的固体粒子代替传统表面活性剂作为稳定剂,具有超稳定,生物相容性好以及对环境友好等优点。开关型Pickering乳液可随pH值、CO₂/N₂浓度、温度、磁场强度及光强度等条件的变化而改变固体乳化剂的表面润湿性,实现在“乳化”与“破乳”之间的快速转换,在非均相催化、乳液聚合等诸多领域有广泛的应用前景。本文全面总结了近年来开关型Pickering乳液的研究进展及其在界面催化系统、液膜处理有机废水、药物的包封与释放等方面的应用。     

Pickering乳液的制备和应用研究进展

Pickering乳液是一种由固体粒子代替传统有机表面活性剂稳定乳液体系的新型乳液。与传统乳液相比,Pickering乳液具有强界面稳定性、减少泡沫出现、可再生、低毒、低成本等优势,在化妆品、食品、制药、石油和废水处理等行业具有广阔的应用前景,受到越来越多研究者们的关注。本文综述了近年来Pickering乳液的研究进展,先介绍Pickering乳液相对于表面活性剂乳液的特色与优势,然后介绍Pickering乳液的制备研究进展,最后介绍Pickering乳液的应用研究进展。     

MOFs在乳液中的可控生长

金属有机框架(Metal organic frameworks, MOFs)材料是金属离子与有机配体自组装形成的形貌可控的多孔晶体材料。表面活性剂的乳化作用是形成乳液的关键,其自组装形成不同形貌的胶束控制最终产物的形貌。因此,在MOFs的制备中,不同乳液体系中的胶束亦可以作为反应模板,从而调控MOFs的形貌。本文简要介绍了传统乳液、反相微乳液、无皂乳液和Pickering乳液的形成机理和特点。重点综述了近年来MOFs在不同乳液体系中可控生长研究。其中,利用无皂乳液法和Pickering乳液法是构建MOFs复合材料的理想思路。     

本体与界面条件下MAPTMS水解-缩合过程中簇集行为比较研究

以甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)为前驱体,利用荧光光谱、在线衰减全反射红外光谱(In-situ ATR-FT-IR),比较性地研究了在本体及气液界面条件下MAPTMS在酸性介质中的水解-缩合过程.借助于LB膜技术,测定了MAPTMS在气液界面水解-缩合反应过程中的π-A曲线.不论在本体相还是气液界面相,荧光探针芘均表现出明显的芘分子完全重叠及部分重叠的激基缔合物的荧光发射特征.结果表明:MAPTMS水解产物在水相中发生簇集,而且簇集体疏水端相互作用存在一定刚性.芘的荧光光谱随反应进行表现出显著变化,但本体相荧光光谱变化较气液界面相剧烈.ATR-FT-IR光谱在线检测表明:本体水解缩合产物具有较高的聚合度,而气液界面水解缩合产物聚合度较低.上述结果说明体系中存在簇集行为的显著变化,且在气液界面MAPTMS水解产物受限程度比本体相大.分子在气液界面上的聚集行为也由-πA曲线的结果得到进一步证实.文中依据MAPTMS水解产物具有类似表面活性剂的特性对上述实验结果给予了解释.     

基于新型微界面能量靶向传递的印染废水处理研究

通过电磁感应实现一种有机废水非均相反应的新型热传递方式,这种方式下,能量靶向作用于固相材料微界面,使固液反应界面温度远大于液相,强化有机污染物的降解过程且降低能耗.并以海绵铁处理偶氮染料直接紫废水为例,考察这种热传导下的处理性能及与感应热量相关的影响因素.通过热量衡算,表征固定床反应器中海绵铁的能量传递并推导出其计算公式;对比研究发现,新型热传导方式下的海绵铁固定床与普通海绵铁固定床相比,具有更好的处理性能,其界面高温的微反应结构更倾向于促进染料降解.感应热与粒径呈负相关,而填充小粒径海绵铁的固定床具有较好的出水效果.反应滤速是其重要参数条件,可通过延长接触时间、提高相界面温度影响出水效果.反应体系表观温度的升高有利于脱色反应的进行.     

微反应技术在均相反应中的应用

微反应技术是研究和开发新型化学过程的合适方法，能够精准控制混合时间和反应温度，获得高重复性结果，提高反应效率。微反应技术可应用于均相和多相反应体系，尤其适合处理高温、高压、强放热反应和易燃、易爆、有毒有害原料或中间体。本文总结了近年来微反应技术应用在不同均相反应中的研究，包括酸催化反应、光化学反应、不对称催化反应、其他液-液相及临界反应。提出了目前微反应技术在工程应用的主要问题和相关解决方案。模拟及研发新型微通道反应系统的关键在于统筹多尺度界面强化效果，结合其他使能技术避免潜在通道堵塞，通过破乳技术改善微界面反应条件，开发用于特殊复杂环境的新型复合通道材料，为今后微反应系统的工业化设计和优化提供参考。     

超临界二氧化碳/聚乙二醇两相体系的性质及其在催化反应中的应用

非均相催化过程中常常出现产物的转化率低、选择性差的问题, 而均相催化过程往往具有优异的催化性能, 但是却受制于催化剂、产物难于分离而达到循环使用的缺点. 近年来两相催化体系的发展为这些问题的解决提供了一条新途径. 超临界二氧化碳/聚乙二醇参与的两相体系是使用超临界二氧化碳作流动相, 聚乙二醇作为另一溶剂之一, 用于固定和稳定催化剂, 进行有机催化反应. 其显著特点是: 可在反应的同时实现分离的操作, 可实现均相催化过程的连续化. 综述了超临界二氧化碳/聚乙二醇体系的相行为及其性质, 并介绍了其在催化合成反应中的应用.     

大孔α-氧化铝载体上纳米碳纤维层的制备与表征

采用浸渍法在块状大孔α-氧化铝载体上负载活性组合,考察了浸渍时间、浸渍前载体的状态等因素对载体负载活性组份的影响。为了获得用于气液反应中既具有大的液固表面而催化剂内部扩散距离较小,且催化剂易于分离的新型催化体系,进一步研究了在负载了活性金属镍颗粒的块状大孔α-氧化铝上气相催化分解乙烯生长具有较大比表面积、疏松的纳米碳纤维(CNF)层,纳米碳纤维直径为10-20nm。本文制备的CNF/α-A l2O3在气液非均相催化反应中有很好的应用前景。     

液/液两相催化新进展--温控非水液/液两相催化

温控非水液/液两相催化,是指一类由两种或多种液态有机物组成的催化反应体系,其特点是体系的相态变化可通过温度来调控,即体系在高温时相互混溶呈均相,低温不溶分成两相,催化剂和产物分别处于两相,从而为解决均相催化剂分离难的问题开拓了一个新方向,是液/液两相催化研究领域最引人注目的进展之一.首次以"温控"为主线将氟两相催化作为温控液/液两相催化的一个特定类型纳入"温控非水液/液两相催化"范畴,并与其它通过温度来调控的有机液/液两相和作者提出的温控相分离催化串在一起作一较为详细的评述.     

纳米玉米醇溶蛋白微球稳定的O/W型Pickering乳液

利用相分离工艺制备玉米醇溶蛋白(zein)纳米微球,微球粒径可控制在40 nm左右;经旋转蒸发制得zein溶胶体系,zein溶胶具有明显的丁达尔现象,静置数月不聚沉,Zeta电位法测得zein微球在pH值为4.0时分散性能最佳。 以纳米zein微球为固相稳定剂制备O/W型Pickering乳液,考察了zein胶体加入量、油水体积比等因素对乳液稳定性的影响。 实验结果表明,zein胶体加入量的质量分数控制为0.4%,高油水体积比将有利于Pickering乳液的长时间稳定。 基于zein分子的两亲结构和界面组装特点,提出了zein微球稳定Pickering乳液的作用机制。