多相平衡微乳液、模板效应与离子液调节微乳液曲率研究

论文摘要

微乳液作为一种自发形成的热力学稳定体系,由于其独特的性质而在很多领域都有着广泛的应用。而离子液体作为一种具有诸多优良特性的化学物质,受到了化学工作者越来越多的关注。因此,本文将微乳液作为反应介质合成了纳米材料、研究了离子液调节微乳液形成的曲率,进而将离子液微乳液与纳米材料的合成等方面得以较好地结合起来,为将来相关领域研究提供了新的思路。论文的具体内容如下:第一章分别从表面活性剂聚集体—微乳液和离子液,以及两者构筑微乳液体系方面简要介绍了一些相关知识和研究背景,并阐述了论文选题的科学意义。第二章中我们分别利用阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）制备了多相平衡微乳液,研究了TTAB/正丁醇/异辛烷/盐水和SDS/正丁醇/异辛烷/盐水两种多相微乳液体系在不同组分浓度变化下的相形为,发现体系相形为都遵循WinsorⅠ→WinsorⅢ→WinsorⅡ相的变化,并利用界面张力考察了这两种体系在不同组分浓度变化下的微乳液与剩余水相或油相之间的界面张力变化,利用不同结构的多相微乳液为模板,制备了具有纳米尺度的CaCO3粒子,透射电子显微镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察,确认了CaCO3纳米颗粒具有多种不同的形貌,例如树枝状、椭球状、四方状等。结果表明制备的纳米颗粒在尺寸和形貌上与模板的对应关系并不紧密。最后,我们通过X射线粉末衍射（XRD）和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）等手段对合成的CaCO3纳米粒子进行了表征,结果表明CaCO3纳米颗粒结晶良好,证明以多相平衡微乳液为模板合成纳米颗粒具有一定的潜在应用价值,并且为今后纳米粒子的合成提供了一种有效的新方法。第三章研究了阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）多相平衡微乳液,结果表明TTAB/正丁醇/异辛烷/盐水体系在不同组分浓度变化下的相形为具有与其它多相微乳液体系相形为相同的变化趋势,利用TTAB多相平衡微乳液为模板制备BaCO3的纳米颗粒,并且通过陈化时间的变化,考察BaCO3纳米颗粒的生长变化,从而推断得出BaCO3纳米棒的可能生长机理。为今后以多相平衡微乳液为微反应器合成纳米材料方面提供了参考依据。第四章研究了阴阳离子表面活性剂双十八烷基二甲基氯化铵（DODMAC）和十二烷基硫酸钠（SDS）复配,正丁醇作为助表面活性剂,正庚烷作为油相,离子液[bmim][BF4]溶于水相中调节多相微乳液形成,考察了不同组分浓度和温度等因素对体系的相形为的影响,测定了体系微乳液与剩余水相或油相之间的界面张力,利用电导率、小角X射线散射（SAXS）和小角中子散射（SANS）手段表征了体系的中相微乳液形成及离子液调节中相微乳液曲率变化,利用理论模型结合实验数据得到了中相微乳液的微观结构尺寸和组成,并且推论出离子液[bmim][BF4]在中相微乳液结构中起助表面活性剂的作用,特别提出了离子液调节多相微乳液曲率的观点。研究结果为离子液微乳液的研究和应用提供了一定的理论参考价值。第五章确定了表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚TX-100、离子液硝基乙胺（ethylammonium nitrate,EAN）以及环己烷形成微乳液的拟三元相图,利用电导率划分了IL/O、BC和O/IL三种单相微乳液相区间,且以甲基橙（methyl orange,MO）为探针,利用紫外吸收光谱研究了IL/O微乳液“极性池”的极性变化;利用红外光谱研究了IL/O微乳液中EAN与TX-100的相互作用,将无机盐CaCl2和Na2CO3分别溶入IL/O微乳液的离子液中,通过将二者混合得到纳米颗粒,并利用透射电子显微镜表征了得到的CaCO3纳米颗粒,表明了离子液型微乳液在合成纳米颗粒方面的可行性,为纳米粒子的合成提供了一种可行的新方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第一节 表面活性剂
• 1.1 表面活性剂的类型及其性质
• 1.2 表面活性剂溶液的聚集规律
• 1.3 多相平衡微乳液
• 第二节 离子液体
• 2.1 离子液体的定义
• 2.2 离子液体研究进展
• 2.3 离子液体的种类
• 2.4 离子液体的性质
• 2.5 离子液体的合成
• 2.6 离子液体的应用
• 第三节 微乳液模板制备纳米材料及离子液微乳液的研究
• 3.1 微乳液在纳米材料制备方面的应用
• 3.2 离子液微乳液的研究进展
• 第四节 本论文的主要研究内容、目的和意义
• 参考文献
• 第二章 多相平衡微乳液模板制备多种形态碳酸钙纳米粒子
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 多相微乳液相形为的测定
• 2.3 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 多相微乳液相形为的研究
• mo)或水相(γ_mw)之间的超低界面张力'>3.2 微乳液与剩余油相(γ_mo)或水相(γ_mw)之间的超低界面张力
• 3.3 微乳液微观结构的冷冻刻蚀透射电镜（FF-TEM）观察
• 3纳米粒子'>3.4 以上相微乳液（W/O）为模板制备CaCO₃纳米粒子
• 3纳米粒子'>3.5 以中相微乳液为模板制备CaCO₃纳米粒子
• 3粒子'>3.6 以下相微乳液为模板制备CaCO₃粒子
• 3纳米颗粒的X射线粉末衍射（XRD）及傅立叶红外光谱表征（FT-IR）'>3.7 CaCO₃纳米颗粒的X射线粉末衍射（XRD）及傅立叶红外光谱表征（FT-IR）
• 4 小结
• 参考文献
• 3纳米棒'>第三章 多相平衡微乳液模板合成BaCO₃纳米棒
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 多相微乳液相形为的测定
• 3纳米颗粒的合成'>2.3 BaCO₃纳米颗粒的合成
• 2.4 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 多相微乳液相形为的研究
• 3纳米粒子'>3.2 以上相微乳液（W/O）为模板制备BaCO₃纳米粒子
• 3颗粒'>3.3 以中相微乳液为模板制备BaCO₃颗粒
• 3纳米棒的成分分析'>3.4 以上相和中相微乳液为模板合成的BaCO₃纳米棒的成分分析
• 4 小结
• 参考文献
• 第四章 离子液调节微乳液界面膜曲率
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 通过正交实验设计得到的多相微乳液的最佳形成条件
• 2.3 多相微乳液相形为的测定
• 2.4 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 多相微乳液相形为的研究
• 3.2 微乳液超低界面张力的研究
• 3.3 SAXS和SANS的理论模型
• 3.4 SAXS和SANS对中相微乳液的结构研究
• 4 小结
• 参考文献
• 3纳米颗粒'>第五章 EAN/TX-100/环己烷离子液微乳液模板制备CaCO₃纳米颗粒
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 室温离子液体硝基乙胺的合成
• 2.3 拟三元相图的绘制
• 2.4 电导法测定微乳液结构
• 3纳米颗粒'>2.5 以IL/O型离子液微乳液为媒介合成CaCO₃纳米颗粒
• 2.6 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 TX-100/EAN/环己烷拟三元相图的研究
• 3.2 离子液微乳液单相微乳液区间的划分
• 3.3 紫外-可见光谱研究IL/O微乳液极性
• 3.4 红外光谱研究IL/O微乳液物理化学性质
• 3纳米颗粒'>3.5 以IL/O型离子液微乳液为媒介制备CaCO₃纳米颗粒
• 4 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文目录
• ENGLISH SECTION
• Chapter 1 Multi-phase Equilibrium Microemulsions and Synthesis of Hierarchically Structured Calcium Carbonate through Microemulsion-based Routes
• 1 Introduction
• 2 Experimental Section
• 2.1 Chemicals
• 2.2 Phase behavior
• 2.3 Measurements of ultralow interfacial tensions
• 2.4 Structures of microemulsions determined by Freeze-Fracture Transmission Electron Microscopy（FF-TEM）
• 3 particles'>2.5 Synthesis of CaCO₃particles
• 3 particles'>2.6 Characterization of CaCO₃particles
• 3 Results and Discussion
• 2CO₃ or CaCl₂）'>3.1 Phase behavior of the MPMs,1:cationic TTABr/n-butanol/iso-octane/brine（Na₂CO₃ or CaCl₂）
• 2CO₃ or CaCl₂）'>3.2 Phase behavior of the MPMs,2:anionic SDS/n-butanol/iso-octane/brine（Na₂CO₃ or CaCl₂）
• mo) or water(γ_mw)'>3.3 Ultralow interfacial tensions between microemulsions and excess oil(γ_mo) or water(γ_mw)
• 3.4 Freeze-fracture transmission electron microscopy（FF-TEM） observation on the microstructures of microemulsions
• 3.5 Hierarchically structured calcium carbonate prepared from upper-phase W/O microemulsions:1.cationic TTABr/n-butanol/iso-octane/brine system
• 3 particles prepared by upper-phase W/O microemulsions:2.anionic SDS/n-butanol/iso-octane/brine system'>3.6 Well-defined ellipsoid and square-schistose CaCO₃ particles prepared by upper-phase W/O microemulsions:2.anionic SDS/n-butanol/iso-octane/brine system
• 3 spheres prepared from middle-phase equilibrium microemulsions'>3.7 CaCO₃ spheres prepared from middle-phase equilibrium microemulsions
• 3 spindle-particles prepared from lower-phase equilibrium microemulsions'>3.8 CaCO₃ spindle-particles prepared from lower-phase equilibrium microemulsions
• 3 particles'>3.9 XRD pattern and IR spectrum of CaCO₃particles
• 4 Conclusions
• References
• Chapter 2 Ionic Liquid Tunes Microemulsion Curvature
• 1 Introduction
• 2 Experimental Section
• 2.1 Chemicals
• 2.2 Formulation for the Optimal Conditions of Middle-Phase Microemulsions Obtained by an "Orthogonal" Design（OD）
• 2.3 Interfacial Tension Measurements
• 2.4 Small-Angle X-Ray Scattering（SAXS）
• 2.5 Small-Angle Neutron Scattering（SANS）
• 2.6 SAXS and SANS Modeling
• 3 Results and Discussion
• 3.1 Phase Behavior Investigations
• 3.2 Ultralow Interfacial Tensions
• 3.3 Structural Investigations by SAXS and SANS on the Middle-phase ME's
• 4 Conclusions
• References