您好, 访客   登录/注册

微乳液在无机材料制备中的应用

来源:用户上传      作者:

  摘 要:微乳液是在由于乳化剂的作用使得水相和油相形成微粒的情况下形成的,微粒分散于溶剂之中并处于稳定状态时的溶液系统即为乳化液。这种特殊的构造使得其具有广泛的用途,在无机材料的制备中,微乳液的作用尤其的重要。本文介绍了微乳液形成和其特殊的结构,阐述了其在无机材料制备中的作用。
  关键词:微乳液;无机材料;制备;应用
  0 引言
  表面活性剂是由亲水基团和疏水基团构成的化学试剂,因此既可以亲水又可以亲油,正是这种双亲性使其具有特殊的利用价值,可以帮助两种互不相容的液体融合,是一种液体以液滴的形式分散在另一种无不相容的液体中,微乳液就是这样形成的[1]。微乳液是由两种互不相容的水相和油相在表面活性剂的作用下形成透明或半透明的粒子,分散于溶剂之中而形成的液体混合物。这种混合物具有具有低粘度和各向同性的特性,它将连续介质分散成粒度细小、大小均一细小空间,且这种空间可以稳定保持几个月。根据乳液中颗粒的不同可将分为水包油、油包水和双连续相三种类型。微乳液应用于各行各业,不论是在轻工业还是重工业上都有着广泛的应用价值,尤其是在化学工业之中尤为重要,在制备各种无机材料之中也有着有着广阔的用途。
  1 微乳液的制备及结构
  微乳液是由表面活性剂调和水相和油相使得形成的微粒在溶液中分散稳定存在而形成的特殊溶液,微乳液主要靠体系中各种成分的比例及其分配情况来形成并保持稳定[2]。表面活性剂的结构主要是由亲水基团和亲油基团构成,因而既可以结合水相也可以结合油相转变为乳液小颗粒。分子中亲水亲油基团用亲水亲油平衡值HLB衡量,HLB指随着亲水性的增大而增大,随着亲油性的增大而减小。表面活性剂非极性基团较多,亲油性较强,则会形成油包水性乳液,这时需要表面活性剂的HLB值处于3.5~6之间;相反对于极性基团较多的情况下,亲水性会较强,则会形成水包油的乳液,这时需要表面活性剂的HLB值处于8~18之间[2]。表面活性剂根据其分子的种类可划分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂等等,一般来说可以加入短链醇来调节表面活性剂的极性,及改变其HLB值时期在O/L界面上能有更大的吸附力,因此也成为助表面活性剂,此外,还能增强表面膜界面的流动性,使界面更容易弯曲,有助于微乳液的形成。
  2 微乳液的应用
  2.1 制备无机纳米颗粒
  当构成物质的颗粒缩小至纳米级别时,物质材料的特性会发生变化,由于表面能、表面结合能、表面原子数量等等物理化学参数变化进而导致新材料与传统材料相比具有很好地光电磁性能,就能产生特性优良的纳米材料,有着许多新的用途。微乳液则用于纳米材料的制备,利用表面活性剂和高分子聚合物可形成油包水的微乳液,这种微乳液的水相空间很小,可以作为制备纳米材料的良好的微型反应器来控制生成物的大小与形态。制备纳米材料的反应机理是:含有反应物A的水核和反应物B的水核在一起发生反应,进行物质交换或者相互融合形成晶核,之后粒子逐渐成长就形成了纳米颗粒产物。油包水的微乳液因其独特的结构和溶液中特有的聚合方式,所以能制备出颗粒尺寸小、分布均匀的纳米材料,这种纳米材料在化学领域有着很好的利用价值,可以用来催化化学反应,例如:加氢、异构化反应等等。同时,这种纳米材料的应用在某些燃烧的化学反应、氧化还原的化学反应以及电化学和光化学催化方面也具有巨大的潜力。
  2.2 制备多孔无机材料
  表面活性剂的独特的结构和特有的凝聚形式除了可以用于制备纳米材料以外,还能够以此为模板引导所要制备的材料的结构,通过与无机物种相互作用来制备介孔分子筛材料。介孔分子筛由于多孔结构具有较大的表面积,且孔径为纳米尺度且可用溶胀剂的用量进行调变,其分离吸附作用在分析化学中有着广泛的应用,例外对于某些化学反应来说其多孔的结构也可以起到很好地催化作用。它制备的第一步就是形成微乳液浸提模板,表面活性剂的用量不同形成的新材料的结构也不同,随着表面活性剂使用量的增多,胶束可以有六方液晶结构转变为立方甚至层状液晶结构。可以利用非极性有机物在表面活性剂的胶束中和水分子的排斥作用来扩张胶束体积,形成增溶现象。无机材料进入水油界面进行反应,利用已形成的微乳液晶模板,形成结构有序的表面包裹无机物的胶束,出去表面活性剂之后就形成了多孔的无机材料,即介孔分子筛。与制备纳米材料相反,制备多孔材料利用是无机物在水包油的微乳液液滴表面的沉积,剔除油相和乳化剂进而就形成了空心结构的无机球形颗粒,其大小与微乳液中表面活性剂的使用量有密切联系。乳液液滴变大时会不稳定,它会从混合相中沉积下来排列成阵,以此为模板则会形成排列整齐的大孔无机材料。
  2.3 制备无机复合材料
  使用前面没有分离的纳米颗粒和反应体系,在进一步添加其他反应物就可以形成核-壳复合结构的,物质颗粒在纳米尺度的产物。例如可应用于非线性光学方面的(Ag、Cu、CdS)/SiO2二元合金分散符合薄膜材料,或是具有超顺磁性的铁铜合金纳米颗粒等等。微乳液还可以用来制备负载的金属氧化物或者是双金属纳米颗粒等高效催化剂。
  3 结束语
  微乳液在无机材料制备,例如:无机纳米颗粒、多孔无机材料、无机复合材料中有着很大的作用,但是对于该方法的研究还处于初期实验室阶段,并没有投入大规模的生产与应用。对于微乳液在无机材料制备中的作用机理、生成的无机材料的影响、以及微乳液的制备仍需要进一步的研究和改进。在这个过程中,进一步地对制备微乳液的合适的乳化剂进行探索,寻找适合制备无机材料的微乳液的方法,对于推广微乳液方法制备无机材料在生产实践活动中进行应用具有重要意义,有着广阔的前景。
  参考文献:
  [1]王德举,刘仲能.微乳液在无机材料制备中的应用[J].上海化工,2005(04).
  [2]徐洁.无表面活性剂微乳液及其在纳米颗粒制备中的应用[D].青岛科技大学,2013(02).
  [3]张彩霞,张江娟,谢中运.微乳液特性及在纳米材料制备中的应用[J].江西化工,2006(01).
  [4]顾爱军,李中春,周全法.微乳液在贵金属纳米材料制备中的应用[J].江苏技术师范学院学报,2006(06).
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-11571786.htm