LCST型温敏性离子液体参与构筑的(类)微乳液体系的结构及性质研究

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微乳液的理论和应用研究一直是人们关注的热点。由于微乳液热力学稳定性高、粒径小且分散均匀等特点,已经被广泛应用于有机合成、萃取分离、三次采油、生物医药工程等领域中。研究具有特殊功能的微乳液体系具有广阔的应用前景。与传统有机溶剂相比,离子液体是一类具有优良物理化学性质的新型介质,如不易挥发,电化学窗口宽,热稳定性好以及液态范围宽等。离子液体又被称为可设计性溶剂,即通过调整组成离子液体的阴离子、阳离子以及阳离子上的取代基来满足不同的研究需要。将离子液体与微乳液相结合构筑新型的离子液体微乳液成为近年研究热点之一。利用功能化离子液体来构筑新型微乳液体系,可以将离子液体的可设计性、高稳定性等特点赋予微乳液体系,拓宽微乳液的应用范围,具有重要理论意义和实际应用价值。本论文主要研究的是具有低临界溶液温度(LSCT)的温敏性离子液体参与构筑的功能化微乳液体系的物理化学性质。论文的主要内容如下:第一章主要概述了本文的研究背景及研究意义。先简单介绍了离子液体和微乳液的概念,接下来综述了离子液体参与构筑的微乳液体系在国内外的研究现状,为本论文的研究提供了坚实的理论基础。最后介绍了低临界溶液温度(LSCT)的温敏性离子液体的概念及研究状况,阐述了本论文的选题依据。第二章主要研究了在没有表面活性剂存在的情况下,LCST型温敏性离子液体——四正丁基鳞三氟乙酸盐([P4444][CF3COO])与水所构筑的类微乳液体系的聚集行为。首先,研究了[P4444][CF3COO]与H20二元体系的相行为,确定不同[P4444][CF3COO]含量时的相变温度。然后选取[P4444][CF3COO]/H2O ([P4444][CF3COO]含量40wt%)类微乳液体系为研究对象,对其进行性质和形貌表征:采用动态光散射(DLS)和冷冻蚀刻电子透射显微镜(FF-TEM)观察到[P4444][CF3COO]/H2O ([P4444][CF3COO]含量40wt%)体系中聚集体的存在,并且发现它的尺寸大小受温度可逆调控。还发现[P4444][CF3COO]/H2O ([P4444][CF3COO]含量40wt%)体系表现出类似传统微乳液的溶胀行为,有增溶非极性物质(如甲苯、氯仿)的能力。通过检测[P4444][CF3COO]/H2O ([P4444][CF3COO]含量40wt%)体系中聚集体的平均粒径在添加无机盐(NaCl)后的变化以及采用核磁共振一维氢谱(’H NMR)技术研究对[P4444][CF3COO]与水分子之间的相互作用,证实了[P4444][CF3COO]/H2O类微乳液聚集体的形成机理是盐诱导作用。实际上,[P4444][CF3COO]聚集体的出现是[P4444][CF3COO]与水二元体系发生相转变,即从各向同性均一体系向各向异性的分层体系转变的一个过渡态。第三章主要研究了正丁基鳞三氟乙酸盐([P4444][CF3COO])、非离子表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚(Triton X-100)以及水形成的水包离子液体(IL/W)微乳液体系的微观性质。首先,通过电导方法和动态光散射(DLS)技术证实在高于LCST温度的条件下,[P4444][CF3COO]/Triton X-100/H2O三元体系中形成了IL/W微乳液。接着通过改变R值([P4444][CF3COO]与Triton X-100的摩尔比),进一步证实了,当温度高于LSCT温度时形成的微乳液是IL/W结构,且随着温度升高或R值增大,微乳液液滴的平均粒径增大,这与传统微乳液的溶胀行为相类似。小角X射线散射(SAXS)和动态光散射(DLS)技术都证明,IL/W微乳液液滴的平均粒径随着温度的升高有增大的趋势。通过应用[P4444][CF3COO]/Triton X-100/H2O微乳液考察碳纳米管的稳定性,进一步证实了IL/W微乳液的形成机理:随着温度的升高,分散在水溶液中的离子液体自由阴阳离子的数目减少,越来越多的[P4444][CF3COO]不溶于水而被增溶到IL/W的疏水内核,从而形成较大尺寸的微乳液液滴。
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