表面活性剂在纳米技术中的应用

1、表面活性剂在纳米技术应用化学课件中的应用，第1章，发展概况，1。表面活性剂与纳米材料技术的关系，2。表面活性剂在纳米材料制备中的作用，1。控制纳米粒子的大小和形状表面活性剂的分子结构决定了胶束将不可避免地在溶液中形成，而胶束的大小和数量可以通过控制表面活性剂的结构来确定。2.改善纳米粒子的表面性质表面活性剂可以控制纳米粒子的亲水性或亲油性和表面活性，并对纳米粒子的表面进行修饰：亲水基团与表面基团结合形成新的结构；降低表面能，使其保持稳定状态：形成空间位阻，防止再聚集；3.控制纳米结构表面活性剂的两亲性结构决定了其在溶液表面能上形成分子取向排列，可用于选择具有特定结构的表面活性剂来制备理想的纳米

2、结构材料。例如，聚合物表面活性剂的可聚合单体用于在溶液中形成定向排列。然后引发聚合，得到与原胶束结构相同的纳米结构材料。第三，表面活性剂在制备中的一些应用，1 .合成粉体材料、复合纳米材料(氧化锌、二氧化硅、硫化锌等)。)，单质纳米材料(金、银、硅等。)和纳米结构材料(利用模板效应，合成并制备单分子膜、LB膜、纳米多孔材料、纳米单晶、纳米组装材料等。)2。纳米粉体的表面改性、颗粒的表面改性、薄膜的界面改性。表面活性剂在粉末应用中的作用，纳米粒子在介质中的分散，表面活性剂对纳米粒子功能的影响，4。表面活性剂科学发展对纳米技术的影响，1。表面活性剂结构对纳米材料的影响可以直接影响纳米颗粒的粒径、粒

3、径分布、形状以及纳米材料的结构。表面活性剂性能对纳米材料的影响。表面活性剂有许多功能，但结构决定了在某些情况下哪种性能占主导地位。分子量对纳米材料的影响。分子量不仅影响材料的大小和形状，还影响纳米粒子的表面改性、表面功能和表面性能。第二章，表面活性剂的分类、功能和作用原理，一、定义和分类。表面活性剂向某一水溶液中加入少量溶质，溶液的表面张力急剧下降，但达到一定浓度后，表面张力值并不随溶液浓度的增加而变化。添加的溶质称为表面活性剂。它对水溶液有表面活性。实例：有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐、苯磺酸盐、聚乙烯醚等。2.分类(1)按来源：合成表面活性剂主要来源于石油化工产品中的烃类天然表面活性剂，生物表

4、面活性剂是由各种微生物如细菌、酵母和真菌产生的。(2)根据亲水基团的不同：脂肪酸可以通过微生物培养产生，包括复盖分枝菌酸、青霉孢子酸的钠盐和烷基胺盐。超强的洗涤能力。磷脂是由大豆和蛋黄制成的。是制备脂质体的主要原料。糖脂系统由假单胞菌获得。在以正构烷烃为唯一碳源的培养基中。用于食品、医药和生物制剂。酰基肽由枯草芽孢杆菌等培养。并且具有良好的表面活性。下列活性蛋白质的脂肽：生物聚合物表面活性剂是通过水溶性蛋白质如明胶与无催化活性的氨基酸烷基反应获得的；(3)根据表面活性剂的亲水性，可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂和其他阴离子表面活性剂3360、阳离子表面

5、活性剂3360、两性表面活性剂：在水溶液中，阴离子和阳离子可在同一分子上形成内盐。当与其他表面活性剂混合时，它具有良好的相容性和协同作用，并具有很强的功能性。非离子表面活性剂：可溶于水和有机溶剂，能强烈吸附在固体表面，具有很高的抗硬水性能；在纳米材料的合成中容易形成胶束，广泛应用于纳米粉体中。表面活性剂的物理化学性质和生物性质临界胶束浓度当表面活性剂在溶液中超过一定浓度时，它将从单体(单个离子或分子)缔合成胶体聚合物，即胶束(或胶束)。胶束开始形成的浓度称为临界胶束浓度，由羧甲基纤维素钠表示。当胶束在溶液中形成时，溶液的性质，如渗透压、浓度、界面张力、摩尔电导等。一切都有突变。(1)胶束的形成

6、、大小和形状：在临界胶束浓度下，水分子的强内聚力将表面活性剂分子推离其周围环境，迫使表面活性剂分子的亲脂性基团和亲水性基团彼此靠近，并排列成内部亲脂性基团和外部亲水性基团的球形缔合，即胶束。因此，胶束的形成不是由亲脂性基团和水分子之间的排斥或亲脂性基团之间的范德华引力引起的，而是由水分子的挤出引起的。不同类型的表面活性剂形成从小到大浓度的不同形状的胶束，如下所示(bat束层状)。如果将适量的非极性液体加入到表面活性剂的浓溶液中，可以形成一个带有亲水基团指向胶束和烃链指向非极性液体的胶束，称为反胶束。(2)临界胶束浓度的测定。由于表面活性剂的物理性质会在临界胶束浓度附近的小范围内变化，因此可以利

7、用这一特性来确定临界胶束浓度。测定方法有很多种，两种常用的方法是表面张力法和电导率法。(2)HLB值的计算，不同性质溶液中表面活性剂的活性可用其亲水亲油平衡值的HLB表示。HLB是亲水亲油平衡的缩写，即亲水亲油平衡。范围是140。定义式：对于仅含(CH2CH2O)的非离子表面活性剂，计算式为：对于多元醇脂肪酸酯，皂化值难以确定，表面活性剂的HLB数为正或负。普通表面活性剂的HLB值如表3所示。胶束形成理论，1。表面活性剂作用的溶液有两种，即水溶液和油溶液。2.在正胶束和反胶束的水溶液中，表面活性剂形成胶束，亲脂性基团向内，亲水性基团向外作为正胶束。相反，在油溶液中形成的胶束变成了反胶束。通常，

8、由反胶束形成的溶液变成微乳液，这也是一个热力学稳定的体系。3.微乳液的稳定机理：舒尔曼等人提出的负界面张力理论的第一个学派。在溶液中，当大量的表面活性剂和助表面活性剂吸附在油水界面膜上并具有负界面张力时，溶液自动形成微乳液；第二类胶束溶胀理论是由Winsor等人和Shinoda等人提出的，当油相或水相溶解在正胶束或反胶束中，胶束被扩大到一定的粒径范围时，形成微乳液。因为增溶是一个自发的过程，所以微乳液相是自发形成的。4。弯矩对正胶束体系的影响。(弯矩指各向异性界面上应力的法向分量和切向分量之间的第一个差矩。)与表面活性剂分子的几何构型和带电特性有关。论点：在胶束体系中，负表面活性剂形成的溶液界

9、面张力会促使体系形成大量微小胶束，而大量微小胶束的形成会使界面张力上升到一个小的正值。(4)表面活性剂对界面的作用；(1)处于不同物理状态的两种物质相交的界面。在界面上，液体或固体表面上分子的力场是不同的。表面活性剂的作用主要体现在界面上。表面活性剂对纳米粒子的影响最大，一个是吸附(广泛用于无机纳米材料的制备和应用)，另一个是增溶，广泛用于有机纳米材料的制备和应用。了解表面活性剂在界面上的作用可以有效地解决细颗粒问题(1)表面活性剂在气液界面上的吸附表面吸附值可根据上述公式计算，每个表面活性剂分子在表面上占据的平均面积可根据吸附值计算。将该面积与从分子结构计算的分子尺寸相比较，可以判断表面活性

10、剂分子在吸附层中的取向和排列。溶液表面分子所占面积的变化规律：浓度稀释时吸附量小，溶液表面分子所占面积小；随着浓度的增加，吸附容量和占地面积增加；当吸附容量达到饱和时，分子在溶液表面占据的面积基本不变。表面活性剂分子在不同溶液浓度下表面取向的可能性：分子在界面上的作用可以通过分子在表面上的排列来判断，并且可以设计不同表面活性剂的最佳浓度，以获得理想的结构材料。(2)表面活性剂在油水界面的吸附分子富集在油水界面，表现为表面活性剂在油水界面的正吸附，如图：一些研究者提出了非离子表面活性剂分子在煤油-水界面的吸附状态模型：在低温下，如2-12a，环氧乙烷和部分环氧丙烷延伸到水相，而大部分环氧丙烷在煤

11、油-水界面多点吸附。环氧乙烷含量越高，进入水相的部分越多。PO含量越高，与油水界面接触的点越多，油水界面上分子占据的面积越大。随着温度的升高，分子在界面的状态可能受到两方面的影响：醚键氧原子上的氢键断裂，环氧乙烷和环氧丙烷从水相转移到油水界面，分子在油水界面占据的面积增大；PO界面上的部分接触点脱离成油相，点的数量减少，界面上分子占据的面积减少。如果用芳烃代替煤油作为油相，环氧乙烷段延伸到水相，环氧丙烷段延伸到油相。结论：非离子表面活性剂在油水界面的吸附不仅受分子结构的影响，还受油水体系中温度和油品性质的影响。5.表面活性剂1的功能。表面活性剂1的润湿功能。基本概念润湿：固体表面上的气体(或液

12、体)被液体(或另一种液体)取代的现象。有三种类型：润湿、浸泡和铺展。润湿过程是液体与固体接触后，液-气界面和固-气界面转变为固-液界面的过程。大气中的露珠附着在植物的叶子上，雨滴附着在塑料雨衣上，等等。所有这些都是粘性和潮湿的过程。浸泡是指固体浸入液体中的过程，其实质是固-气界面被固-液界面所取代。扩散过程是固液界面被固液界面取代的过程。(2)接触角和杨氏方程。(1)接触角：当达到平衡时，气、液、固界面处的固液界面和气液界面之间的角度称为接触角。(图片中的角度)，=0或没有铺展和润湿，根据接触角的大小判断润湿情况。接触角越小，液体的润湿性越好！润湿方程(杨氏方程)，cos=，GS-g，GS-l

13、，g-l-g，可以通过改变界面张力来改变物质的润湿性！(3)表面活性剂的润湿作用，(1)提高液体的润湿能力(将表面活性剂加入水中以降低表面张力，使水在固体上铺展)-润湿剂(2)改变固体表面的润湿性(极性基团吸附在固体表面，非极性基团形成朝向气体的定向排列的吸附层，抗润湿作用)-防水剂，2)乳化和乳化表面活性剂组合物：分散相、分散介质和表面活性剂(乳化剂)。分类：根据其分散情况，可分为三种类型：分散在水中的油-水(Ow)乳化油、作为分散相的油(内相)、作为连续相的水(外相)、可用水稀释的水包油乳液，如牛奶、豆浆等。水-油(wO)乳液型水分散在油中，水作为分散体多乳液油包水(wOw)型和水包油(O

14、wO)型。乳化剂原理在乳化过程中，表面活性剂的作用是吸附在油水界面上。通过降低界面张力，有助于液滴分散并形成牢固的界面膜，防止分散的液滴聚结。乳化剂的选择HLB值大的表面活性剂可用作水包油型乳液的乳化剂。低HLB值的表面活性剂可用作水包油乳液的乳化剂。影响乳液稳定性的因素界面张力：界面张力的降低和界面膜的形成及强度是影响乳液稳定性的主要因素。油水界面膜：界面膜中分子排列越紧密，界面膜强度越强，乳液稳定性越好。极性有机化合物如脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺可以增加界面膜的致密性和强度。粘度：分散介质的粘度越大，分散相液珠的移动速度越慢，有利于乳液的稳定性。界面电荷：如果表面活性剂是离子型的，界面上的吸附

15、成为油滴携带电荷的主要来源(主要是水包油乳液)。当液滴接近时，它们互相排斥，防止液滴聚结并稳定乳液。添加剂：添加粉末乳化剂(碳酸钙、粘土、炭黑、应时和金属氧化物)可以提高稳定性。其他：温度、机械作用、电解质(对离子乳化剂的乳化有很大影响)、体系的酸碱度等。(4)。影响乳状液稳定性的因素，概念：乳状液发生油水分层。破乳剂的工作原理：可以从界面上替代原有的乳化剂；加入的表面活性剂不能形成强的界面保护膜；(5)原油破乳1的破乳过程。破乳剂2的溶解和扩散。破乳剂取代天然乳化剂3。破坏界面膜4。油水分离。在原油乳状液中加入破乳剂后，破乳剂分散在整个油相中，并能进入乳化水滴。由于破乳剂活性高，可以从界面上

16、替代天然乳化剂。由于破乳剂吸附在油水界面上，不能形成强界面膜。当界面膜被破坏后，当水滴相互靠近时，很容易聚结成大水滴。当水滴下沉并与油相分离时，乳化的原油被破乳。增溶概念：在水溶液中形成胶束后，表面活性剂能够显著增加不溶性或微溶性有机物的溶解度，溶液是透明的，这称为增溶。增溶方式：胶束核心增溶；增溶剂分子与表面活性剂分子散布在一起形成胶束；形成栅栏层；吸附在胶束表面；包括在胶束的极性基团中。表面活性剂的增溶、乳化和增溶可以实现油和水的混合。这两种功能有什么区别？不同之处在于，乳化是将水或油以小珠的形式分散到另一种物质中，以获得热力学不稳定的体系。在乳化过程中，表面活性剂吸附在油水界面上。通过降

17、低界面张力，有助于液滴分散并形成牢固的界面膜，从而防止分散的液滴聚结。增溶是表面活性剂胶束将水或油溶解到它们自己的组织中，形成的体系是热力学稳定的单一液相。第三章表面活性剂在纳米合成中的应用微乳液是一种透明的各向同性的热力学稳定体系，由表面活性剂、助表面活性剂(通常为C4C8脂肪醇)、油(通常为烃类)和水(或电解质水溶液)组成。1.微乳液形成机理：舒尔曼和普林斯瞬时负界面张力形成机理微乳液结构：油包水(W/O)水包油(O/W)双连续相结构：具有W/O and O/W结构的综合特征，但水相和油相不是球形，而是类似于油相中水管形成的网络。普通乳液的油水界面张力为几毫牛顿；加入助表面活性剂形成微乳液，导致