[发明专利]一种光磁双响应的Pickering乳液聚并反应体系及其应用

摘要

本发明公开了一种光磁双响应的Pickering乳液聚并反应体系及其应用，首先用水解法制备Fe3O4纳米颗粒，然后以Fe3O4纳米颗粒为晶核，通过钛酸丁酯水解法制备Fe3O4/TiO2复合纳米颗粒，再用烷基硅烷进行Fe3O4/TiO2复合纳米颗粒表面疏水化学修饰，最后乳化即得光磁双响应型Pickering乳液聚并反应体系。本发明方法简便，可操作性强，可通过磁响应(磁铁吸引)来实现乳液的定向移动以及纳米颗粒的回收，通过光响应(UV照射)使得吸附在乳液表面的纳米颗粒性质由非活性向活性转变，进而引起相邻乳液间发生聚并，通过磁铁吸引和UV照射等简单的非介入式手段实现乳液聚并反应体系定时(响应时间)定点(反应位置)进行化学反应，在工业领域中具有良好的应用前景。

主权项

一种光磁双响应的Pickering乳液聚并反应体系，其特征在于，按照下述步骤制得：(1)将8.1g的FeCl3·6H2O加入到30mL去离子水中，500rpm磁力搅拌至完全溶解得到FeCl3溶液；将7.2g的FeCl2·4H2O加到20mL去离子水中，500rpm电动搅拌，同时加入4mL 36％的浓盐酸，搅拌至完全溶解得到FeCl2溶液；将29mL的FeCl3溶液加到FeCl2溶液中，补充47mL去离子水，500rpm电动搅拌均匀，向混合液中加入40mL氨水，1000rpm剧烈电动搅拌30分钟后即得纳米Fe3O4颗粒；用磁铁放置在烧杯底部将溶液中的纳米Fe3O4颗粒沉淀下来，然后弃上清液，用去离子水洗涤，超声均匀分散，1000rpm剧烈电动搅拌，再用磁铁放置在烧杯底部，将溶液中的纳米Fe3O4颗粒沉降下来，重复上述操作3～5次直至上清液透明；加入1mol/L的四甲基氢氧化铵水溶液，直至完全淹没纳米Fe3O4颗粒，500rpm电动搅拌过夜，真空干燥烘干，即得分散性良好的纳米Fe3O4颗粒；(2)将14mL冰醋酸加到4mL去离子水中，500rpm磁力搅拌至溶液无气泡；将3mL钛酸丁酯加到12mL无水乙醇中，500rpm电动搅拌至溶液澄清透明；将8mL的浓度为1.25mg/mL的纳米Fe3O4颗粒与乙醇的混合溶液倒入钛酸丁酯/无水乙醇溶液中，超声分散20分钟；将分散好的含钛酸丁酯、纳米Fe3O4颗粒、乙醇的混合溶液重新置于500rpm电动搅拌环境中，待溶液搅拌均匀后，将冰醋酸水溶液以大约15秒/滴的滴速逐滴滴加到含钛酸丁酯、纳米Fe3O4颗粒、乙醇的混合溶液中，并伴随着760rpm电动搅拌120分钟；待混合溶液颜色由灰黑色向乳白色完全转变后，将磁铁放置在烧杯侧壁，吸引混合液中生成的Fe3O4/TiO2纳米颗粒，倒去上层清液及底层沉淀，用无水乙醇将磁性吸附在侧壁上的灰白色的Fe3O4/TiO2纳米颗粒洗脱下来，超声分散5分钟使得Fe3O4/TiO2纳米颗粒重新分散均匀；重复上述操作5次，得到纯净的Fe3O4/TiO2纳米颗粒，将含纯净的Fe3O4/TiO2纳米颗粒的无水乙醇在60℃干燥箱中烘干，最终得到Fe3O4/TiO2纳米颗粒；(3)将得到的Fe3O4/TiO2颗粒在研钵中充分研磨成均一的细粉，将细粉末转移至一培养皿中，在马弗炉中500℃条件下煅烧；将煅烧后的粉末研磨成细粉，转移至烧杯中，加入3倍体积的质量百分比为30％的H2O2溶液，超声分散5分钟，黑暗条件下500rpm电动搅拌4小时，45℃下烘干；用注射器量取0.3mL十二烷基三氯硅烷，加到5.7mL正己烷中配成质量百分比5％的十二烷基三氯硅烷稀溶液，超声分散均匀；将烘干的H2O2改性后的Fe3O4/TiO2粉末加到质量百分比5％的十二烷基三氯硅烷稀溶液中，超声分散5分钟，500rpm电动搅拌12小时，期间补充正己烷，避免正己烷挥发；将上述搅拌液在15000rpm下常温离心10分钟，弃上清液，沉淀在45℃下烘干；以上烘干粉末用药匙压细，将细粉末均匀分散于正己烷中，在UV光照射下磁力搅拌24小时，紫外灯波长254nm，功率12W，溶液距离紫外灯10～15cm，期间不断补充正己烷以维持初始溶液液面；搅拌24小时后的溶液45℃下烘干，研磨，即得改性的Fe3O4/TiO2复合颗粒；(4)将0.1g的Fe3O4/TiO2复合颗粒溶解于10mL正己烷中，超声分散5分钟，向超声分散后的溶液中加入10mL浓度为0.01mol/L的滴有2～3滴甲基橙指示剂的NaOH碱性溶液；手提式高速匀浆机在15000rpm转速下乳化1分钟，即得到黄色Pickering乳液A；将0.1g的Fe3O4/TiO2复合颗粒溶解于10mL正己烷中，超声分散5分钟，向超声分散后的溶液中加入10mL的0.01mol/L盐酸水溶液；手提式高速匀浆机在15000rpm转速下乳化1分钟，即得到无色Pickering乳液B；将乳液A和乳液B分别取出，放入油相溶剂正己烷中，借助磁铁定向移动，使其相互靠近，在紫外灯照射一段时间后，A乳液和B乳液聚并为一个乳液，内部发生酸碱中和反应，因酸过量，乳液显红色。