乳状液广泛应用在日常生活和工农业生产等多个领域,然而乳状液的稳定性常常受到体系中酸碱或者盐含量的影响,例如高盐环境会导致乳状液的稳定性下降或者破乳。在某些特殊应用场合中,如油田开采、强酸性废水处理等领域,往往存在强酸或者高盐,甚至强酸和高盐同时存在的情况。如何使乳状液在高盐、强酸等苛刻条件下保持稳定是一项巨大的挑战。 近日,江南大学蒋建中教授课题组合成了一种pH响应型多头基表面活性剂(C3H7-N(C10COONa)2, di-UAPAba),该表面活性剂在不同pH值下能够在阳离子型、两性型、阴离子型结构间发生可逆转变。其中di-UAPAba在酸性条件下(pH≤4)为单头双尾式阳离子型结构,其在pH=2时能够单独或者与微量的亲水性二氧化硅颗粒协同稳定乳状液,然而其他普通表面活性剂,如CTAB、SDS、Tween80等,单独或者与二氧化硅颗粒复配均不能得到类似稳定的乳状液。
作者发现,在强酸环境(pH=2)下di-UAPAc能够以极低的浓度与微量的纳米氧化硅颗粒(浓度分别低至0.001mM和0.001 wt%)协同稳定oil-in-dispersion(OID)乳状液,而且该体系对于不同的油相(烷烃、芳香烃、酯类、硅油等)、不同的酸(盐酸、硫酸、硝酸)均具有良好的普适性。 此外,作者还发现在强酸环境下继续添加盐的方式增加体系离子强度,该OID乳液能在高盐浓度(≥ 3M)甚至饱和(5.4M)下转变为稳定性和粘度更高的Pickering乳状液,其稳定性可提高至45天以上。添加其他不同价态的盐(CaCl2、FeCl3、Na2SO4)也具有类似的现象。 同时,由于di-UAPAc具有pH响应性,该乳液体系不仅能够在pH调控下实现乳化/破乳的可逆循环,还能够实现OID乳液和Pickering乳液之间的可逆转换,此时乳状液的稳定性、粘度、粒径均可实现精确调控。 作者详细研究了上述机理,相关研究成果丰富了在强酸以及高盐体系中的乳状液稳定机理,也为新型工业表面活性剂的结构设计提供了一种新思路,特别对在强酸高盐等苛刻应用领域的表面活性剂开发具有重要的意义。 论文信息 Smart Emulsions Stabilized by a Multi-headgroup Surfactant Tolerant to High Concentrations of Acids and Salts Wanqing Zhang, Bernard P. Binks, Jianzhong Jiang, and Zhenggang Cui 江南大学博士研究生张婉晴为论文第一作者,蒋建中教授为论文通讯作者,该论文也得到英国Hull大学Binks教授和江南大学崔正刚教授的帮助,感谢国家自然科学基金(21872064)和江苏省青蓝工程中青年学术带头人等项目对本工作的资助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202310743