【摘 要】
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近年来,关于Pickering乳液的研究已经成为科研工作者们关注的热点。然而,传统乳液并不稳定,在应用过程中会发生破乳现象,所以如何提高乳液稳定性是一个有待解决的问题。Janus粒子因其一侧亲水,一侧疏水的独特结构使它兼具表面活性剂的性质和固体颗粒的效应。因此,Janus粒子作为固体颗粒乳化剂在提高Pickering乳液稳定性的方面具有巨大的优势。海藻酸钠是一种天然高聚物,具有可再生、资源丰富、绿
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近年来,关于Pickering乳液的研究已经成为科研工作者们关注的热点。然而,传统乳液并不稳定,在应用过程中会发生破乳现象,所以如何提高乳液稳定性是一个有待解决的问题。Janus粒子因其一侧亲水,一侧疏水的独特结构使它兼具表面活性剂的性质和固体颗粒的效应。因此,Janus粒子作为固体颗粒乳化剂在提高Pickering乳液稳定性的方面具有巨大的优势。海藻酸钠是一种天然高聚物,具有可再生、资源丰富、绿色环保等优点,其分子链上含有丰富的羧基和羟基官能团,可以修饰到Janus粒子表面。此外,海藻酸钠可以在钙离子(Ca2+)水溶液中形成稳定的凝胶并且形成凝胶过程条件温和,这可以有效地避免蛋白质、细胞和酶等活性物质的失活,是一种较为理想的凝胶化材料。据此,选择海藻酸钠与Janus材料相结合制备全新的固体颗粒乳化剂可以在提高其乳化能力的同时兼具生物相容性。本文采用石蜡保护修饰法成功制备了海藻酸钠修饰的两亲性SA-silica@PDVB/PS Janus粒子。将SA-silica@PDVB/PS Janus粒子作为颗粒乳化剂制备Pickering乳液,并在Ca2+的作用下于两相界面处形成海藻酸钙凝胶,以构筑高稳定性的Pickering乳液。之后,通过乳化剂粒子在油水界面的自组装过程把酶分子包裹在海藻酸钙凝胶化液滴的内水相中。最后。考察了海藻酸钙凝胶化液滴固定化脂肪酶在有机反应中的催化活性和循环稳定性。本论文具体研究内容如下:(1)SA-silica@PDVB/PS Janus粒子的制备及其乳化性能的研究。首先,我们以种子乳液聚合方法制备了雪人状silica@PDVB/PS Janus粒子,并用氨基修饰得到NH2-silica@PDVB/PS Janus粒子。同时,利用高碘酸钠对海藻酸钠进行氧化制备了表面带有醛基的海藻酸钠。接下来,利用石蜡保护法将醛基化的海藻酸钠选择性修饰到NH2-silica@PDVB/PS Janus粒子的silica区域,成功得到了SA-silica@PDVB/PS Janus粒子。随后,利用SEM、TEM、EDS、FTIR、TGA、XPS、DLS及Zeta电位分析等多种表征手段对得到的SA-silica@PDVB/PS Janus粒子的具体形貌、表面元素组成、各组分含量、所含官能团、粒子粒径及表面电势等进行了研究。由表征结果可以看到海藻酸钠被成功定向修饰到NH2-silica@PDVB/PS Janus粒子中的二氧化硅(silica)一端。最后,将SA-silica@PDVB/PS Janus粒子作为颗粒乳化剂,制备了水/正庚烷体系的Pickering乳液。之后,通过光学显微镜对由SA-silica@PDVB/PS Janus粒子制备的Pickering乳液的形貌进行了观察,可以发现制备的乳液形貌良好并且其稳定性可以达到1个月以上,这说明了用海藻酸钠修饰silica@PDVB/PS Janus粒子得到的SA-silica@PDVB/PS Janus粒子具有良好的乳化性能。(2)海藻酸钙凝胶化液滴的构筑及酶固定化应用。首先,将上述合成的SA-silica@PDVB/PS Janus粒子作为颗粒乳化剂制备Pickering乳液,用钙离子(Ca2+)在界面处交联海藻酸钠构筑海藻酸钙凝胶化液滴。通过光学显微镜对液滴的形貌进行了细致地观察。之后,考察了乳化剂用量、p H值和温度对海藻酸钙凝胶化液滴稳定性的影响。接下来,通过乳化剂粒子在油水界面的自组装过程把脂肪酶包裹在海藻酸钙凝胶化液滴内水相中进行催化反应。最后,考察了海藻酸钙凝胶化液滴固定化酶在有机反应中的活性和循环稳定性。实验结果表明,本工作构筑的海藻酸钙凝胶化液滴固定化酶的活性为游离酶活性的3倍。并且,连续5次循环反应后固定化酶活性保留高达81%。表明该固定化酶方法具有较好的活性和重复利用性。
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