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江南大學在新型智能表面活性劑設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域取得突破性研究進展
來源:江南大學 瀏覽 882 次 發(fā)布時間:2021-11-09
近期,江南大學蔣建中-崔正剛科研團隊在新型智能表面活性劑設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域取得突破性研究進展,連續(xù)在Angew.Chem.Int.Ed.上發(fā)表2篇研究論文:“Behavior of smart surfactants in stabilizing pH-responsive emulsions,Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,5235-5239(通訊作者崔正剛教授和B.P.Binks教授)”和“Charge-reversible surfactant-induced transformation between oil-in-dispersion emulsions and Pickering emulsions,Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11793-11798(通訊作者蔣建中教授和B.P.Binks教授)”。
智能表面活性劑對于構(gòu)建刺激-響應(yīng)性自組裝/分散體系和實現(xiàn)表面活性劑的循環(huán)利用具有重要意義。然而現(xiàn)有的智能表面活性劑在結(jié)構(gòu)上類似于常規(guī)表面活性劑,一般以親水的頭基作為響應(yīng)基團,通過環(huán)境刺激使其在親水和疏水兩種狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)變。其缺點是,在油-水體系中,失活后的表面活性劑將轉(zhuǎn)移到油相,一方面影響油相的純度和性質(zhì),另一方面給回收和再利用帶來障礙。
課題組在新的結(jié)構(gòu)設(shè)計中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,5235,第一作者裴曉梅副教授,圖1)將叔胺基團連接到常規(guī)季銨鹽陽離子表面活性劑的疏水基一側(cè),當其為非極性或弱極性狀態(tài)時,整個分子呈雙親結(jié)構(gòu),顯示出高表面活性,但當叔胺基團呈極性狀態(tài)時,整個分子呈Bola型結(jié)構(gòu),表面活性顯著降低,尤其是乳化性能喪失。無論是單獨作為乳化劑,還是與無機納米顆粒協(xié)同作用穩(wěn)定O/W型Pickering乳狀液和oil-in-dispersion乳狀液,都能賦予乳狀液刺激-響應(yīng)性,并且在乳狀液破乳后,單獨或者與納米顆粒一起從界面轉(zhuǎn)移到水相,并且可以重復使用,從而可助于實現(xiàn)節(jié)能減排的綠色化學發(fā)展目標。
圖1新型智能型表面活性劑(N+-16-N)的結(jié)構(gòu)和pH-響應(yīng)原理及其(0.06mM)與微量(0.01wt.%)納米氧化鋁顆粒協(xié)同穩(wěn)定的新型(oil-in-dispersion)乳狀液的pH響應(yīng)性(每次乳化用新油,水相重復使用)。
由于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ闋钜旱男阅芤蟾鳟悾缡称泛突瘖y品乳狀液一般期望其保持長期穩(wěn)定,而用于乳液聚合、兩相催化、油品乳化輸送的乳狀液僅需保持暫時穩(wěn)定,在過程結(jié)束后需要快速破乳,此外應(yīng)用于切削液和油品管線輸送的乳狀液需要保持高穩(wěn)定性和流動性。如何使乳狀液同時具備高穩(wěn)定性、高流動性且易于破乳,從而能滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的多元化需求,仍是一個挑戰(zhàn)性難題。
針對上述問題,在另一項研究中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11793,圖2),課題組設(shè)計了一種頭基電荷可智能轉(zhuǎn)變的表面活性劑,即在不同pH下能夠發(fā)生從陽離子型到陰離子型或兩性型表面活性劑的可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。該表面活性劑可以與納米顆粒協(xié)同作用,用于制備穩(wěn)定性、粘度、液滴粒徑智能可調(diào)的乳狀液,即乳狀液可以在oil-in-dispersion類型和Pickering類型之間可逆轉(zhuǎn)換,并可以實現(xiàn)快速破乳和相分離,為乳狀液滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域(如兩相催化、乳液聚合、油品乳化輸送等)的多元化需求提供了一種簡便通用的解決方法。
圖2新型頭基電荷可逆轉(zhuǎn)變型表面活性劑(DMUa)的結(jié)構(gòu)及其(0.5mM)與納米二氧化硅(0.1wt.%)協(xié)同穩(wěn)定的乳狀液的微結(jié)構(gòu)及pH-響應(yīng)性。(a)和(d)oil-in-dispersion乳狀液,(b)和(e)大油滴Pickering乳狀液,(c)和(f)小油滴Pickering乳狀液
上述研究工作得到了國家自然科學基金(21872064,21573096)和江南大學一流學科建設(shè)重大創(chuàng)新項目(JUFSTR20180201)等的資助。
來源:江南大學
論文鏈接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013443
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102098