納米顆粒的分散是納米材料應(yīng)用的核心難題之一。新一代納米材料——單分散納米顆粒材料分散在溶劑中可形成具有良好透明性或明顯丁達(dá)爾效應(yīng)的納米分散體,較傳統(tǒng)納米粉體材料更易于分散,展現(xiàn)出更優(yōu)異的納米效應(yīng)及應(yīng)用性能,是國際前沿研究方向。其中,低成本規(guī)�；煽刂苽涓吖毯俊⒏叻�(wěn)定、高透明的納米分散體仍面臨巨大挑戰(zhàn)。針對此問題,本文作者課題組面向終端工程應(yīng)用需求,提出基于顆粒表面主動設(shè)計和修飾調(diào)控表面特性,利用超重力強(qiáng)化分子混合結(jié)晶過程的方法,有機(jī)耦合表面改性-分離過程,率先提出了超重力反應(yīng)結(jié)晶-改性分離耦合的新方法,即"超重力+"法制備透明納米分散體。本文總結(jié)了近年來本文作者課題組在透明納米分散體"超重力+"法可控制備與應(yīng)用方面的成果,并對下一步研究方向進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：化工進(jìn)展. 2020年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：19 頁

【部分圖文】：

反應(yīng)兩大類型tM與tR的關(guān)系

圖1 反應(yīng)兩大類型tM與tR的關(guān)系近年來，本文作者課題組研究發(fā)現(xiàn)，超重力技術(shù)作為一種強(qiáng)化分子混合和傳質(zhì)過程的技術(shù)手段，可實現(xiàn)液相反應(yīng)結(jié)晶沉淀過程的強(qiáng)化，進(jìn)而獲得尺寸小且分布窄的納米顆粒。所謂超重力指的是在比地球重力加速度（9.8m/s2）大得多的環(huán)境下物質(zhì)所受到的力。超重力技術(shù)通�？赏ㄟ^旋轉(zhuǎn)填充床（rotating packed bed,RPB）產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)。在超重力環(huán)境下，不同大小分子間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)過程均比常規(guī)重力場下的要快得多，高速旋轉(zhuǎn)的多孔填料產(chǎn)生的巨大剪切力將液體撕裂成微米至納米級的膜、絲和液滴，從而產(chǎn)生巨大和快速更新的相界面，分子混合和傳質(zhì)過程由此得到極大強(qiáng)化，分子混合特征時間可達(dá)到0.1ms甚至更小，小于分子本征反應(yīng)時間（或成核誘導(dǎo)期時間），顆粒成核生長過程在微觀均勻的理想環(huán)境中進(jìn)行，非常適合于制備粒徑小且分布窄的納米顆粒[11-13]。

“超重力+”一步法即超重力反應(yīng)原位改性分離法，是指在納米顆粒的制備過程中，將表面活性劑與反應(yīng)原料同時加入含油和水兩種完全不互溶的體系中，在超重力環(huán)境中形成微乳液體系，反應(yīng)成核過程在內(nèi)核相進(jìn)行，生成的納米顆粒迅速被另一相中的表面改性劑包覆，進(jìn)而實現(xiàn)改性轉(zhuǎn)相，去除內(nèi)核相后即形成納米分散體。此方法實現(xiàn)了納米顆粒制備和改性過程的同時進(jìn)行。圖3是以納米碳酸鈣（Ca CO3）分散體為例的“超重力+”一步法制備原理。將Ca(OH)2、微量水和磺酸鹽類表面改性劑加入油相介質(zhì)中，在超重力強(qiáng)化分子混合和傳質(zhì)過程的作用下，形成W/O的微乳液，同時通入CO2氣體。反應(yīng)在水相中進(jìn)行，生成的納米Ca CO3顆粒被油相中的表面活性劑包覆，原位萃取轉(zhuǎn)移至油相介質(zhì)中，再經(jīng)分離后，形成納米Ca CO3油相分散體[14-16]。納米Ca CO3油相分散體作為一種油品清潔劑，Ca CO3為無定形，顆粒小，可良好分散于油中。堿值是鑒別油品清潔劑性能的關(guān)鍵參數(shù)，其高低主要取決于清潔劑中堿性組分的含量。研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)變水的添加量、超重力水平、進(jìn)料流速和比例、反應(yīng)溫度等因素，可調(diào)控納米顆粒成核、生長與分散以及原位改性分離環(huán)境，從而實現(xiàn)對透明納米分散體顆粒尺寸和分布、分散性、固含量等的可控。圖4為添加不同水量的分散體TEM圖以及水的添加量對產(chǎn)品堿值、鈣含量的影響。由圖可知，隨著水添加量從0增加到3g時，納米Ca CO3的平均粒徑明顯增加，由6.4nm增至10.3nm，但不添加水時，納米Ca CO3的分散性相對較差，因此，較優(yōu)的水添加量為1～2g。此外，隨著水添加量的增加，分散體的堿值和鈣含量先增加后下降；當(dāng)水量為1.5g時，堿值最高，可達(dá)416mg KOH/g[15]。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：2958667