两亲性Janus纳米片的制备及其理化性能评价

以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)和3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为改性剂,热可膨胀微球(TEMS)作为模板,提出一种制备两亲性Janus纳米片的新策略。APTMS吸附在TEMS表面,通过溶胶-凝胶处理得到Janus球(TEMS@SiO_(2))。采用HDTMS对TEMS@SiO_(2)进行改性,TEMS受热膨胀使TEMS@SiO_(2)外壳破裂,制备两亲性Janus纳米片。采用FT-IR、TG和TEM对两亲性Janus纳米片的结构进行了表征。将两亲性Janus纳米片分散到模拟地层水中制备纳米流体,并对其稳定性,油水界面张力,乳化能力和提高采收率的能力进行了评价。结果表明:纳米流体(0.1%,质量分数,下同)储存10 d未出现分层,在pH=7时,Zeta电位为31.2 mV,纳米流体稳定性良好。纳米流体(0.1%)10 d的乳化指数为100%,乳化能力优异。纳米流体(0.1%)能够将油水界面张力降至3.2 mN/m。纳米流体驱(0.1%)可显著提高低渗透油藏采收率,在渗透率为8.9×10^(-3)μm^(2)时,可提高采收率21.5%。

二氧化硅基Janus纳米片增韧增强环氧树脂

环氧树脂增韧改性一直伴随其应用发展,纳米粒子增韧环氧树脂具有独特的性能,两侧具有不同组成的Janus纳米片具有更高的比表面积和更加丰富界面行为。文中采用乳液界面溶胶凝胶法制备了各向异性的二氧化硅基Janus纳米片(JNS),并用于增韧环氧树脂(EP)。结果表明,JNS固体颗粒对EP同时具有增韧和增强作用,两侧均能参与环氧树脂交联聚合的JNS2嵌入三维的聚合物骨架网络,双侧的界面作用力大于只有亲水侧的氨基参与环氧树脂交联聚合的JNS1。当JNS2的质量分数为0.5%时,EP/JNS2的冲击强度和断裂伸长率均最大,比纯EP分别提高了57.08%和58.68%。EP/JNS复合材料的刚性和玻璃化转变温度升高,热稳定性有所提高。

两亲Janus纳米片的制备及胶体与界面性质研究进展

该文首先综述了两亲Janus纳米片制备方法的研究进展,包括界面保护法、乳液界面自组装溶胶-凝胶法、模板辅助溶胶-凝胶法以及嵌段共聚物自组装法。接着,系统介绍了两亲Janus纳米片在水溶液中的胶体特性及其在油水体系中的界面特性。最后,简要介绍了两亲Janus纳米片的应用领域,并对未来两亲Janus纳米片制备方法和胶体与界面特性的研究方向进行了展望。

溶剂诱导翻转Pickering乳液用于原位循环使用酶催化剂

催化剂特别是酶的高效分离与循环利用是实现绿色催化合成的关键。本文发展了一种溶剂诱导的Pickering乳液可逆翻转的策略,实现了酶的原位分离和高效循环利用。首先,本文利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、氮气吸附以及热重分析(TGA)等手段,详细表征所使用的固体纳米颗粒Janus型介孔氧化硅纳米片(JMSNs)。结果表明JMSNs样品具有有序垂直介孔孔道和较高的比表面积,并且疏水性有机基团辛基选择性的修饰在纳米片的一端。然后,我们发现这种溶剂诱导的转相是一个快速的过程,且具有良好的普适性,可以适用于乙酸乙酯-水、正辛烷-水、环己烷-水等多种油-水双相体系,同时,这种翻转与固体乳化剂JMSNs的界面活性息息相关。通过仔细分析具有不同浸润性JMSNs样品的转相能力,接近于90°三相接触角和合适的油水比被认为是实现溶剂诱导转相的关键因素,这一结果说明该翻转可能是一种突变转相机制。最后,本文将这种可逆的溶剂诱导转相过程成功的应用于原位分离、循环利用对反应环境敏感的酶催化剂。具体地说,在反应时,反应底物溶解在油滴中而酶催化剂分散在水相(连续相)中,在反应结束并转相后,绝大多数产物从油滴中释放到上层油相(连续相)中,而酶催化剂被稳定地限域在水滴中,这不仅保证反应平稳进行,而且防止在移走产物时酶催化剂的损失。更为重要的是,在该乳液体系中,JMSNs平躺吸附在乳液的油水界面,其垂直的介孔孔道有利于反应物分子扩散,合适的JMSNs界面活性确保这种翻转过程仅通过调控油水比即可实现连续操作。因此,在酶(CALB)催化的酯水解动力学拆分反应中,该Pickering乳液反应体系不仅表现出3倍加强的活性,而且可以实现酶的原位分离与循环利用。得益于整个过程并不涉及任何敏感性化学试剂,在连续使用七次后,酶催化剂的本征活性依然可以很好的保持。本文不仅发展了一种新的方法用于催化剂的原位分离与循环利用,而且报道了Janus纳米材料的一种新的应用领域。