[发明专利]基于离子液体和两亲性Fe3O4纳米粒子的磁响应性皮克林乳液

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于离子液体和两亲性Fe₃O₄纳米粒子的磁响应性皮克林乳液。

背景技术

胶体粒子稳定的乳液被称为皮克林乳液(Pickering emulsion)，Ramsden and Pickering在1900年发现了此类乳液，但在近20年中，皮克林乳液由于其独特的性质和良好的应用前景受到了大量的关注。这类乳液体系的稳定性是由两亲性的胶体粒子(具有表面活性的固体颗粒)提供，其原因是胶体粒子吸附在液滴表面后自组装，形成分散相和连续相之间的保护膜，阻止了液滴之间的融合，进而提供了乳液的稳定性。目前研究表明，可以形成皮克林乳液的表面活性固体颗粒有很多种，例如，无机颗粒、无机-有机复合颗粒、微凝胶和生物颗粒等。更为重要的是，通过合理设计我们还可得到对pH值、温度、外磁场、盐浓度、光、离子或二氧化碳等具有刺激响应性的皮克林乳液，此类乳液体系为目前广受关注的智能材料的制备提供了一种新的途径。就最近的研究而言，人们更多关注的是开发皮克林乳液的应用，尤其是制备功能材料，如多孔块材、智能微胶囊、纳米组装体和空心微球等，此外，皮克林乳液体系也可用于高效的封装体系和刺激响应性的催化反应器。

近年来，室温离子液体受到人们极大的关注，其原因是离子液体具有良好的热稳定性、极低的蒸汽压、宽的液态范围、电化学窗口大和溶解能力强等优点，在合成和催化等领域作为绿色溶剂而成为传统有机溶剂的替代品。因此，基于室温离子液体的皮克林乳液也成为近期人们关注的一大热点。在2003年Binks等首次报道了基于纳米SiO₂的离子液体皮克林乳液。随后，大量由聚苯乙烯纳米颗粒(PS)稳定的离子液体乳液被报道，研究表明不同表面化学(如氨基修饰的、羧基修饰的以及磺酸修饰的等)的PS纳米颗粒在含有离子液体的两相界面上自组装行为不同，有的是全部覆盖在液滴表面，有的部分覆盖在液滴表面，究其原因是因为不同化学 性质的PS纳米颗粒在两相界面上的接触角不同，其表现为在液滴界面上PS纳米颗粒的分布不同。此外Dai等对PS纳米颗粒稳定的离子液体皮克林乳液(水包离子液体或者油包离子液体)的研究中表明，纳米颗粒在界面的自组装以及界面上颗粒之间的桥联对界面性质有极大的影响，即影响乳液中液滴的大小及液滴尺寸的均一性等。但是，至今由Fe₃O₄纳米颗粒稳定的离子液体皮克林乳液还未见报到，而具有磁响应性的乳液体系在溶液中金属离子及有机污染物的微萃取、原油的回收及破乳分离、微纳米颗粒的制备、易挥发有机气体的吸收与分离和基于离子液体催化体系的分离与循环利用等具有广泛的应用前景。值得注意的是，目前关于磁响应性的离子液体乳液(不是离子液体的皮克林乳液)已有报道，主要是由磁性离子液体、水和表面活性剂形成的乳液体系。此类体系虽然获得了磁响应性的离子乳液，但是没用皮克林乳液的优势；更为重要的是乳液体系仅限于磁性离子液体，在研究中不具有普适性，在应用中受到两相选择性小和磁性强度太小的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于运用可以循环使用的磁响应性两亲Fe₃O₄纳米粒子作为固体颗粒表面活性剂，以离子液体为分散相，获得一类稳定性良好且具有磁响应性的皮克林乳液。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该皮克林乳液由两亲性Fe₃O₄纳米粒子、离子液体、水制成，其中离子液体与水的体积比为1:0.45～3.5，两亲性Fe₃O₄纳米粒子与离子液体的质量-体积比为25～250mg:1mL，所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种，所述的水为纯水、pH值为2～11的水、含0.1wt％～3wt％NaCl的水、含0.1wt％～3wt％CaCl₂的水中的任意一种。

上述的皮克林乳液中离子液体与水的体积比优选为1:0.75～3.5，两亲性Fe₃O₄纳米粒子与离子液体的质量-体积比优选为80～250mg:1mL。

上述的皮克林乳液中离子液体与水的体积比最佳为1:1.5，两亲性Fe₃O₄纳米粒子与离子液体的质量-体积比最佳为150mg:1mL。

上述的离子液体优选1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。