钴酞菁修饰两亲性Janus颗粒用于乳液界面光催化染料降解

制备了两亲性雪人状SiO_(2)@聚二乙烯基苯(PDVB)Janus颗粒和钴酞菁(CoPc)催化剂,将CoPc选择性地负载于SiO_(2)@PDVBJanus颗粒的亲水一侧,得到了CoPc-SiO_(2)@PDVBJanus催化剂。通过SEM、TEM、XPS、EDS、FTIR、TG对其进行了表征。将CoPc-SiO_(2)@PDVBJanus催化剂作为乳化剂和界面催化剂用于水/正己烷体系(水包油乳液)中罗丹明B(RhB)的光催化降解反应中,对CoPc-SiO_(2)@PDVBJanus催化剂在水包油乳液中的使用条件和催化性能进行了探究。结果表明,CoPc-SiO_(2)@PDVBJanus催化剂已成功制备,表面存在明显分区,聚合物一侧相对光滑,800℃时质量保留率为32%。该催化剂对RhB降解率最高可达94.6%,相对于负载前催化剂展现出明显的催化优势,并且易于回收并重复利用,循环5次后仍保持良好的催化活性,RhB降解率为80.5%。

两亲性Janus颗粒的制备及乳化性能研究

采用界面保护修饰法将SiO_(2)纳米颗改性为一侧为亲水的Si-OH,另一侧为疏水氟碳链的两亲性Janus颗粒SiO_(2)/FAS,并研究其界面活性以及稳定泡沫和乳状液的性能。结果表明:SiO_(2)纳米颗粒改性前后的粒径无明显变化。通过在两亲性Janus颗粒SiO_(2)/FAS表面上接枝荧光剂(FITC)表征了两亲性Janus颗粒SiO_(2)/FAS,证明其结构的非对称性。当两亲性Janus颗粒SiO_(2)/FAS浓度为0.6%时,其气/液表面张力为31.9 mN/m,具有较好的表面活性。当两亲性Janus颗粒作为胶体表面活性剂时,在界面上吸附形成的固体包裹层能有效地稳定泡沫和乳液,制备的泡沫和乳液具有极好的稳定性,故其在乳化领域上具有较大的前景。

功能性Janus纳米颗粒的研究进展

Janus纳米颗粒是一类在空间或物化性质上各向异性的纳米材料,因其独特的性质和在功能涂层、环境、催化、生物医学等领域的应用而受到广泛关注。不同纳米颗粒的侧边分布为定制具备丰富功能的Janus纳米颗粒提供了一个灵活的平台,与传统均质纳米颗粒相比,功能性Janus纳米颗粒凭借两种功能或多种功能的结合拓展了更多的新兴应用领域。该文重点讨论了磁响应性、光催化性、非对称浸润性及自驱动性等功能性Janus纳米颗粒的制备策略;同时介绍了功能性Janus纳米颗粒的应用领域,并对其存在的问题进行分析讨论;最后,对功能性Janus纳米颗粒合成和应用前景进行了展望。

两亲性雪人状Janus颗粒用于油水分离

通过种子溶胀乳液聚合诱导相分离法合成具有严格分区的雪人状Janus颗粒,分别对两侧分区结构连续改性,制备得到具有磁响应性的两亲雪人状Janus颗粒.该颗粒一侧带有亲水性咪唑基团(—Im),另一侧带有疏水性烷基长链(—C18),对油相具有强的负载能力;同时该颗粒具有顺磁响应性,其可以稳定在油水界面上,并在磁场作用下驱使乳液液滴进行运动,实现高效的油水分离应用,颗粒可回收循环利用,符合绿色化学要求.该功能性Janus颗粒的制备方法具有普适性,对颗粒两侧进行不同改性,可以获得一系列不同组成和功能的Janus颗粒,为制备先进功能高分子材料提供新的思路.

离子液体改性的磁性Janus颗粒的制备

采用溶剂热法、溶胶凝胶法合成二氧化硅包覆的Fe_(3)O_(4)颗粒,经苯基改性后作为乳化剂稳定水、油两相,通过后续离子液体1-羧乙基-3-甲基咪唑溴盐改性和离子交换可得到3种阴离子修饰的磁性Janus颗粒。利用SEM,TEM,XRD,VSM,XPS等方法对磁性Janus颗粒的形貌、结构、组成元素进行表征。实验结果表明,不同阴离子可调控磁性Janus颗粒特定区域的浸润性,进而影响Janus-平衡;引入阴离子H_(2)PMo_(12)O_(40)^(-)可使磁性Janus颗粒具有颗粒乳化剂和催化剂的双重功能,在乳液体系下可实现对苏丹红类染料的界面催化氧化反应。

二氧化钛@聚二乙烯基苯Janus颗粒的Pickering效应及其非均相光催化降解性能

催化剂与反应介质的碰撞是其发挥催化作用、降低反应活化能的基础.在非均相催化反应中,由于界面十分有限,催化剂催化效率较低.利用溶胀突出聚合技术制备了二氧化钛@聚二乙烯基苯(silica@polydivinylbenzene, TiO2@PDVB)Janus颗粒并应用于硝基苯的光催化降解.采用扫描电镜、接触角测试和比表面积测试分析TiO2@PDVB Janus颗粒的微观形貌和化学组成,观察在Janus颗粒作用下,硝基苯紫外吸收强度的变化.结果表明,各向异性的TiO2@PDVB Janus颗粒具有Pickering效应,在油水界面上定向排列以稳定乳液,并为两相液体在界面上的迁移提供通道,因此反应物和催化剂之间的接触概率大大增加.尽管TiO2@PDVB Janus颗粒的粒径比各向同性的P25 TiO2颗粒大10倍以上,但其对硝基苯的降解效率比TiO2高5.6%,且兼具稳定乳液和异相催化的Janus颗粒回收和活化均十分方便,有望应用于工业催化.

Janus颗粒表面活性剂的研究进展

Janus颗粒(JPs)是一类新型的具有微米或纳米尺寸、2个半球具有不同化学特性的胶体粒子。其中,两亲性JPs在其2个半球上分别表现出亲水和疏水的特性,作为一种新型表面活性剂受到广泛的关注。本文综述了近几年来两亲性JPs的制备方法、表面活性理论、两亲性表征方法及其在乳液聚合中的应用,并探讨了今后的研究方向。

Janus颗粒的制备及泡沫性能

通过改进的Pickering乳液模板法,对合成的单分散Si O2纳米颗粒的局部表面进行氟化硅烷改性,制备了具有两亲性的Janus颗粒;研究了其在气/液表面上的自组装行为和泡沫性能.采用粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、荧光显微镜、界面流变仪和泡沫扫描分析仪等对Si O2颗粒的粒径分布、石蜡乳滴的表面形貌以及Janus颗粒的化学组成、表面结构、界面活性和泡沫性能进行了表征.研究结果表明,制备的Janus颗粒表面呈现非对称结构.界面活性测试结果表明,Janus颗粒具有良好的界面活性,可以将气/水表面的表面张力降低至38 m N/m.泡沫性能测试结果表明,Janus颗粒能够有效地抑制气泡合并、歧化和液膜排液,所制备的泡沫具有良好的稳定性.

不同形状Janus颗粒自驱动特性数值模拟

Janus颗粒利用自身非对称的表面性质建立浓度梯度场,并在其作用下产生自驱动,在微机电系统、生物学、流体力学等领域具有重要的应用.本文首先建立了模拟这一过程的数值模型,并由Pt-SiO2型Janus微球的实验数据确定了迁移速率匹配常数.随后,研究了3种相同体积、不同形状的Janus颗粒的自驱动,结果表明,与相同体积的球形Janus颗粒相比,圆柱及椭球状Janus颗粒具有更快的自驱动速度,同时燃料消耗更多.对于圆柱状颗粒,研究了粗细程度对圆柱状颗粒自驱动性能的影响,结果表明存在最优的直径与长度比(d/l=0.28).这一研究可为Janus颗粒具体应用提供理论基础.

驱油用Janus片状纳米材料研究现状

纳米流体驱作为一种新型的低渗透油藏驱油技术,具有注入性好、储层伤害小、驱油能力强、智能响应等优势,越来越受到广泛关注。相比于球形纳米颗粒,Janus片状纳米材料界面自由能低、转动更加受限、可进一步阻止内外相分子扩散并形成界面强度更高的固体颗粒膜,展现出优异的驱油性能。目前,已开发出多种Janus片状纳米材料的制备方法,其在驱油方面的应用主要集中于纳米乳液技术和纳米稳泡技术,此外,智能响应特性同样赋予其更多潜能。当片状纳米材料两面呈现不同的亲油-亲水性时,则同时具有两亲特性和“Pickering”乳液效应,大大提高其作为高效纳米流体驱的能力。随着未来低成本、大规模、绿色环保的可控制备,以及耐温耐盐等性能的进一步提高,应用Janus片状纳米材料有望大幅提高原油采收率,为油田稳产增产带来创新性解决方案。

液滴碰撞Janus颗粒球表面的行为特征

为研究液滴碰撞Janus颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征,以粒径为5.0 mm铜球为材料制备了Janus颗粒,用直径为2.0 mm的液滴,在韦伯数(We)为2.7,10,20,30的测试情况下对Janus颗粒球表面进行了碰撞实验.结果表明:液滴碰撞Janus颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4个过程.在不同We下,液滴碰撞Janus颗粒后的运动状态主要与表面润湿性相关,在Janus颗粒亲水侧表现为铺展特性且铺展系数γ随着时间t的增大而逐渐增大并趋于稳定;但在疏水侧,表现为回弹现象,铺展系数γ会出现类似"抛物线"形状;当液滴碰撞Janus颗粒球表面亲-疏水分界线时,液滴铺展和回弹同时发生.基于能量平衡和受力分析发现,液滴动能和表面能的互相转化是液滴铺展的关键,液滴会在重力、惯性力、表面张力、黏性力、接触力等力的综合作用下展现其独特的行为特征并最终达到平衡状态.

基于Janus SiO_2/PS纳米颗粒的乳液相行为及流变性

从微观状态和流变性能方面对克拉玛依油田81#联合站原油与Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系在不同质量分数(C_S)及不同水油体积比(R_WO)条件下形成乳液的相行为进行了研究。固定C_S=0.100%,当R_WO≤7/3时,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系与原油形成稳定的油包水乳液,乳液液滴粒径和黏度都随水油体积比升高而增大;当R_WO>7/3时,油水混合液分为上、下两相,上部为油包水乳液,下部以水为主,乳液黏度随水油体积比升高而降低。固定R_WO=7/3,当0.080%≤C_S≤0.300%时,油水完全混相,乳液黏度超过原油黏度的60倍,并且在高剪切速率时剪切变稀;当C_S<0.080%或C_S>0.300%时,油水混合液分为两相,并且黏度随分水体积增加而降低。固定R_WO=4/6,当0.001%≤C_S≤0.500%时,油水完全混相,乳液黏度为55~75 m Pa·s,并在剪切速率为3.00~70.00 s^(-1)时剪切增稠。以上结果表明,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系使原油在较高含水条件下形成稳定高黏的油包水乳液,并且在一定水油体积比范围内含水越高乳液黏度越高。这个研究结果为非均质油藏扩大波及体积提供了新思路。

Janus颗粒撞击气泡的行为特征

为更好地在相变传热中应用双亲性Janus颗粒,用铜球制备了亲水-超疏水Janus颗粒,其粒径为1.0 mm,气泡直径为3.0 mm.研究了不同高度下带小气泡的Janus颗粒撞击气泡的行为特征.结果表明:Janus颗粒不同润湿性表面撞击气泡时的行为特征存在明显差异,当超疏水侧接触气泡时,会沿着气泡表面无旋转地滑到气泡底部;当亲水侧接触气泡时,会先沿着气泡表面滑行一段距离,随后发生旋转,对气泡造成强烈扰动;而亲水-超疏水分界面接触气泡时,颗粒会在接触的瞬间开始旋转.当Janus颗粒具有一定的高度撞击气泡时,一般以亲水面首先与气泡接触,随高度的增加,Janus颗粒拉扯气泡变形的程度增加.基于受力分析发现:Janus颗粒发生旋转的主要原因是不同润湿性表面所受毛细力作用点和方向的不同,相应地产生旋转力矩.

Janus颗粒乳化剂若干研究进展

Janus颗粒乳化剂兼具分子表面活性剂的双亲特性及均质固体颗粒的Pickering效应,能高效稳定乳化体系,为界面操控及其功能化、功能物质递送到界面提供新工具。以发展Janus颗粒乳化剂为工具,以软物质界面工程为对象,将为材料学与多领域的交叉融合提供新机遇。组成、尺寸、微结构是精细调控Janus颗粒乳化剂的关键。已实现了磁响应性Janus颗粒的规模化制备,在乳化体系的深度处理方面显示了优势。近年来新发展的高分子单链颗粒及其杂化胶体极大丰富了Janus材料种类,为微尺度工程提供新手段。多尺度Janus颗粒乳化剂可作为强有力工具用于解决界面工程问题。

SiO_2@PDVB Janus颗粒的表面改性及其增韧环氧树脂的研究

各向异性的Janus颗粒因其两端具有不同的化学组成表现出丰富的界面行为.将二氧化硅@聚二乙烯基苯(SiO_2@PDVB) Janus颗粒的SiO_2端用硅烷偶联剂KH560改性后,产物KH560-SiO_2@PDVB用于增韧环氧树脂.试验结果表明,经KH560改性后Janus颗粒与环氧树脂的界面作用力增强,质量分数1%的Janus颗粒对环氧树脂具有明显的增韧作用,冲击强度提高68. 35%,断面呈现韧性断裂的特征.并且,各向异性的KH560-SiO_2@PDVB Janus颗粒的增韧作用优于各向同性的KH560-SiO_2微球.

基于JAK2/STAT3信号通路探讨升清降浊制动颗粒对多发性抽动症模型大鼠的作用及机制

[目的]基于Janus激酶2(JAK2)/信号转导和转录激活子3(STAT3)信号通路探讨升清降浊制动颗粒对多发性抽动症(TS)模型大鼠的作用及机制。[方法]将SD大鼠分为对照组、TS组、升清降浊制动颗粒低剂量组(0.645 mg/kg)、升清降浊制动颗粒高剂量组(2.58 mg/kg)、氟哌啶醇组(200μg/kg)、Coumermycin A1(JAK2通路激活剂)组(4 mg/kg)、升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组(2.58 mg/kg+4 mg/kg),每组12只。除对照组外,其他组大鼠均需构建TS模型。建模成功后,进行给药处理,给药每日1次,持续21 d。检测大鼠运动行为评分、刻板行为评分变化;酶联免疫吸附实验(ELISA)检测血清中白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-6水平及纹状体中多巴胺(DA)、多巴胺转运蛋白(DAT)、多巴胺D2受体(DRD2)含量;DNA缺口末端标记法(TUNEL)染色检测大鼠纹状体中神经元凋亡;蛋白免疫印迹法(Western Blot)检测大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达。[结果]与对照组比较,TS组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、p-JAK2、pSTAT3蛋白表达升高,DA、DAT含量降低(P<0.05)。与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、pJAK2、p-STAT3蛋白表达降低,DA、DAT含量升高(P<0.05)。与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高,DA、DAT含量降低(P<0.05)。Coumermycin A1减弱了高剂量升清降浊制动颗粒对TS模型大鼠的保护作用。[结论]升清降浊制动颗粒可抑制TS大鼠神经炎症、神经元凋亡及促进DA平衡,该机制可能与抑制JAK2/STAT3信号通路有关。

三嵌段共聚物自组装法制备两亲性Janus粒子

将系列三嵌段共聚物聚甲基丙烯酸叔丁酯-b-聚甲基丙烯酸肉桂酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(Pt BMA-b-PCEMA-b-PDMAEMA)在异丙醇中退火,随后将它们透析到水中自组装得到多隔段胶束,发现其形态与Pt BMA和PCEMA的体积分数有关,与PDMAEMA无关。在紫外光下对PCEMA嵌段进行交联,将交联后的胶束透析到四氢呋喃中,得到了具有表面活性的纳米级两亲性Janus粒子,可降低水的表面张力,且随溶液质量浓度的增加,表面张力逐渐减小,但是低质量浓度时不明显,0.1 g/L时较显著。

基于格子Boltzmann方法的自驱动Janus颗粒扩散泳力

Janus颗粒的自驱动力研究对于纳微米尺度驱动力课题具有重要意义,本文针对Pt-SiO_2型Janus颗粒,基于格子Boltzmann模型及动量交换法提出了计算其扩散泳力的方法,通过与实验数据对比修正验证了模型准确性,并通过分析证明了此类Janus颗粒的扩散泳力与速度场无关,进一步模拟比较了不同形状颗粒的自驱运动.分析发现,对于体积相等形状不同的Janus颗粒,扩散泳力主要由轴线投影面积决定,此外反应面积也会对扩散泳力产生影响.

基于模板法制备两亲性Janus纳米粒子及其应用进展

Janus粒子是同一粒子中含有两种不同化学组成的非对称结构,其中两亲性Janus粒子是在对立面分别含有亲水基、疏水基两种不同化学基团,作为一种新型纳米材料受到广泛的关注。该文综述了模板法制备不对称结构的两亲性Janus粒子以及其应用领域,包括硬模板法、软模板法、牺牲模板法以及无模板法;综述了两亲性Janus粒子在表面活性剂、牙科粘合剂、微胶囊、功能涂层、催化剂以及生物传感器等方面的研究进展。

电场作用下平面Janus颗粒受力分析

对外加电场作用下无穷大电解质溶液中二维Janus导电颗粒的受力特性进行研究。在量级分析的基础上,对电解质溶液电渗流动的基本方程组进行解耦,通过引入有限域确保解的存在性,进而得到圆形颗粒周围电场和流场的解析解与半解析解。基于半解析解给出颗粒所受力矩与外加电场方向角之间的变化曲线,从而得到二维Janus圆形颗粒的平衡姿态及其稳定性特性。在此基础上,通过数值方法给出了电解质溶液中二维Janus胶囊的受力特性,平衡姿态及其稳定性特性。