微乳液表征方法研究论文

2024-10-14

微乳液表征方法研究论文（精选3篇）

微乳液表征方法研究论文篇1

在化学电源领域已出现了碳纳米管, 纳米二氧化锰, 纳米氢氧化镍等纳米材料的研究报道[1,2]。纳米Ni (OH) 2是一种新型的电池材料, 被广泛用做Ni/Cd, Ni/Zn, Ni/Fe, Ni/H2以及MH-Ni电池正极活性物质, 它具有容量及能量密度高, 可大电流放电, 容易密封无记忆效应和对环境无污染等优点, 被称为21世纪的绿色电源有着广阔的应用前景。国内外许多机构或单位在从事这方面的研究。目前, 可用沉淀转化法[3], 均匀络合沉淀法[4], 氨络合液相共沉淀法[5]等均制的纳米颗粒Ni (OH) 2粒子, 用微乳液法未见报道。本论述利用TWEEN-80/无水乙醇/甲苯/三次水形成的W/O型的微乳液体系制得具有粒径小, 分散性好的球形和椭球形Ni (OH) 2的纳米颗粒, 并对有关影响因素进行了研究。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

JEM-100SX型透射电子显微镜 (日本制造) , D/MAX-3C型X射线粉末衍射 (XRD) , KQ-100DB型超声波清洗器, DDS-11A型电导率仪。

甲苯, 无水乙醇, Ni (NO3) 2·6H2O, Na OH均为国产分析纯, 三次蒸馏水。

1.2 纳米Ni (OH) 2的制备.

1.2.1 微乳液的形成与其相行为的研究

本实验中, 分别以十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) (吐温-80, 吐温-40, 聚乙二醇辛基笨基醚 (OP) ) 作表面活性剂 (S) , 无水乙醇为助表面活性剂 (A) , 甲苯 (O) 和三次蒸馏水 (W) , 恒温条件下, 按一定质量比混合, 充分振荡, 直至达平衡后形成均匀透明的W/O型的微乳液体系。用拟三角相图的方法绘制出不同微乳液体系相区。并对TWEEN-80/无水乙醇/甲苯/水形成W/O型的微乳液体系的相行为随温度, p H值等的变化规律也作了较为细致的研究。图1为60℃相图。

实验结果表明:温度较低时, 该体系微乳稳定区域面积较小, 升高温度有利于获得较大面积的稳定区域相区。微乳液体系的p H值的大小, 也对稳定区域的形成有一定的影响, p H值越大, 稳定区域的面积越小, 水增容量就越小。

1.2.2 Ni (OH) 2超细粒子的制备

选取上述W/O型微乳体系作为制备Ni (OH) 2纳米粒子的反应介质, 再该微乳液相区中选择合适的组成点, 恒温条件下按一定的质量比生成W/O型的微乳液后, 将反应物Ni (NO3) 2·6H2O和Na OH分别溶于两份该微乳液体系中, 充分搅拌或震荡, 同时调节其p H值为9~11后, 陈化待用。

60℃时, 将盛有Ni (NO3) 2的微乳液逐滴滴加到盛有Na OH的微乳液的三颈烧瓶中, 充分搅拌和震荡使之充分反应, 控制滴加速率, 反应3h后, 洗涤沉淀并离心分离, 重复操作数次后, 将沉淀置于100℃下干燥10h, 即得绿色Ni (OH) 2沉淀。

1.2.3 样品的表征

对样品进行了TEM和XRD测试, 观测到粒子为球形和椭球形颗粒, 粒径大小均匀, 分散性好, 几乎无团聚, 平均粒径为20nm。比较发现, 采用超声波震荡制得的纳粒粒径更小, 平均粒径为15nm, 见图2。

(左图为超声波工艺得纳粒﹡8万倍, 右图为磁力搅拌工艺得纳粒﹡8万倍)

样品X衍射图表明, 在2θ为24.269°, 41.904°, 49.005°附近出现特征峰, 见图3与图4。因此可以判定所制的得样品为Ni (OH) 2的纳米粒子。但由于表面活性剂的存在使的部分特征峰宽化, 证明后处理的条件对纳粒有一定的影响, 还需做进一步的研究和完善。

1.2.4 电导率的测试

分别称取不同质量的Ni (OH) 2, 配制成不同浓度的无水乙醇系列溶液, 用DDS-11A型电导率仪测定该系列溶液的电导率 (к) , Ni (OH) 2纳米粒子电导率与浓度的关系见表1。

由图5可以看出, Ni (OH) 2系列乙醇溶液的导电曲线, 有较大的斜率, 证明该法制得的纳粒有良好的导电性能。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对粒径的影响

实验发现, 体系反应温度较低时, 微乳液稳定区域较小, Ni (OH) 2沉淀的生长过程中有软团聚的现象[3]且粒径较大, 升高一定的温度能获得较大稳定微乳相区, 而且制得的Ni (OH) 2超细粒子粒径较小。

温度对W/O型微乳液体系的微乳液的稳定区域有较大的影响。本实验测得温度在45℃~50℃, 反应缓慢, 有团聚的现象, 且粒径较大, 温度高于50℃粒子继而变

大。60℃为用该体系制备Ni (OH) 2纳米粒子最适宜的反应温度, 粒径最理想, 见表2。

另外, 后处理的温度也是粒径尺寸的影响因素。温度需控制在100℃以下来干燥样品。

2.2 微乳液的选择对粒径的影响

微乳液的形成及其选择对生成纳米粒子粒径有很大的影响。本实验利用微乳液的特殊结构, 即有机相包围水相的W/O型微乳液体系, 金属盐Ni (NO3) 2可以溶解在水相中, 且被表面活性剂油相包围的水核, 该水核具有纳米级空间, 是个很好的微型反应器, 可以在其中产生超微粒子, 超微粒子粒径和水核半径密切相关, 水核半径的大小决定了纳粒的粒径, 且水核半径R与表面活性剂的种类有关。根据Bansal等提出的碳原子数相关性方程Ns=Na+No, 即当醇的碳链长与油的碳链长之和表面活性剂非极性碳链长相等时所获得的微乳区面积最大, 此时构成的混合膜排列整齐, 分列效应最小, 混合膜越牢固, 增容量越大, 形成的微乳区也就越大[7]。实验中采用的是表面活性剂TWEEN-80/无水乙醇/甲苯/三次水形成的W/O型的微乳液体系。按Prince的混合膜理论, 油水界面被表面活性剂, 醇几混合膜割开, 界面膜的总压力∏为油侧界面压力∏o及水侧界面压力∏w之和。W/O型微乳液是∏w<∏o时, 界面膜向水相弯曲, TWEEN-80/无水乙醇/甲苯/三次水形成的W/O型的微乳液体系随p H值的增大, 其微乳液区的面积减小, 水增容量也减小, 故有利于超细颗粒沉淀的生成, 且该体系对温度因素不敏感, 再制备过程中更容易选择平衡区域。

2.3 超声波震荡对粒径的影响

本实验中, 利用搅拌和超声波震荡条件下制得了不同粒径的Ni (OH) 2粒子。

由表3可知, 经超声波震荡后, 粒子粒径明显减小。这是由于在成核过程, 超声波的震荡频率使撞击频率υ=υ0exp (-ΔU/RT) 中ΔU增大, υ减小, 核化速率Iq减小, 使晶核长大过程变慢[8], 有利于较小颗粒的生成。

2.4 Ni (OH) 2粒子电性能的介绍

对有本法制得的Ni (OH) 2粒子作电池正极并进行电极修饰后, 可以得到很优异的电性能, 据文献[9]报道, 掺杂不同活性物质后的该纳米粒子填装MH-Ni电池, Ni (OH) 2的利用率有不同程度的提高, 放电比容量也有较大的提高, 如表4所示。

3 结论

利用微乳液体系制备Ni (OH) 2纳米粒子时, 温度应控制在60℃, p H值为9~11, 制备得Ni (OH) 2纳粒是粒径在10~25nm, 且分散性好的球形和椭球形的超细粒子, 制备过程采用超声波震荡所得纳粒粒径更小.电导率的测定表明Ni (OH) 2纳米粒子的导电性能良好, 适宜作MH-Ni电池正极活性物质.本文采用微乳液法具有操作简单, 工艺条件易于控制, 成本低, 所用的表面活性剂可回收等特点, 为这种方法开辟了广阔的应用前景。

参考文献

[1]储伟, 吴升晖, 尤金跨, 等.纳米科学技术在化学电源领域的新近展[J].电源技术, 1998, 22 (6) :256-260.

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[4]杨书廷, 陈改荣, 尹艳红, 等.掺杂钇a-Ni (OH) 2的研究[J].应用化学, 2001, 18 (9) :689.

[5]易回阳.液相法制备纳米微粒的研究进展[J].化学世界, 2002, 7:387.

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微乳液表征方法研究论文篇2

近年来,人们在Zn S、Cd S纳米材料的制备方面开展了许多的研究工作。据报道,Zn S和Cd S纳米材料可以通过多种方法合成,归纳起来可分为固相法、液相法和气相法共3大类[3]。运用化学沉淀法[4]、电化学合成法[5]、模板法[6]、溶胶凝胶法[7,8]、水热合成法[9~10]和微波辐射法[11]等均可以合成过渡金属硫化物纳米材料,微乳液体系中液相反应法因具有工艺简单、条件温和及粒径可控等诸多优点更是备受人们的青睐。

本研究工作采用W/O型微乳液法,以Triton X-100(3m L)/正辛醇(2m L)/环己烷(8m L)/反应物溶液所形成微乳液体系成功制备出Zn S、Cd S纳米微粒,还将体系中水与表面活性剂的摩尔比(ω)作为变量,探讨ω值的变化对合成纳米Cd S粒子的形貌和粒径的影响,并结合TEM、XRD、Raman、UV-Vis和PL等检测手段对产物进行相关表征和分析。该方法反应条件温和、操作简单、产率高、粒径小、粒子均匀性、分散性好,为Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的合成与应用提供了技术基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

硫化钠Na S·9H2O(AR)、乙酸锌Zn(CH3COO)2·2H2O(AR)、硝酸镉Cd(NO3)2·4H2O(AR)、无水乙醇CH3CH2OH(AR),聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)C36H62O11(AR),环己烷C6H12(AR),正辛醇C8H18O(AR),丙酮C3H6O(AR),去离子水。

78HW-1恒温磁力搅拌器;LG10-2.4A电动离心机;DZF-6060真空干燥箱;EM 400ST透射电镜;D/MAX 2500V X射线衍射分析仪RF-5301PC;In Via显微共焦激光拉曼光谱仪;Cary 100型紫外-可见分光光度计;荧光分光光度计。

1.2 样品的制备

分别配制浓度均为0.1mol·L-1的Na2S、Zn(CH3COO)2、Cd(NO3)2等3种反应物溶液;室温下,采用Shah法先将不同反应物溶液分别配制成均相、澄清、透明、稳定的W/O型微乳液。

Zn S制备:在强力搅拌下,将含有Na S的微乳液逐滴滴入含有Zn(CH3COO)2的微乳液中,滴加完后继续搅拌30min,使2种微乳液充分混合与反应,室温下静置陈化。反应完毕后,依次用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤沉淀多次,真空抽滤后,将产物真空干燥5h,得到产物Zn S。

Cd S制备:采用含有Na S的微乳液逐滴滴加到含有Cd(NO)的微乳液中,其余过程与上述制备Zn S的相同。

1.3 样品的测试

利用透射电镜(TEM)观测样品的形貌和粒径;分别用X射线衍射分析仪和拉曼光谱仪对样品Zn S进行检测;分别用紫外-可见光谱仪与荧光光谱仪测试Cd S纳米粒子的紫外-可见吸收性能和激发及发散光谱。

2 结果与讨论

2.1 纳米Zn S的表征与分析

2.1.1 样品的形貌和粒径

在p H=6、反应物浓度为0.1mol·L-1、ω=15(含水量为1.2 m L)、反应温度为298K的实验条件下制备Zn S纳米粒子,合成了具有准球状结构的纳米硫化锌粒子,平均粒径在25nm左右,均匀性、分散性都较好,如图1所示。

2.1.2 样品的XRD光谱及拉曼光谱分析

图2为样品的XRD图谱,XRD光谱表明纳米硫化锌为立方β-Zn S晶相(闪锌矿型),对应的3个谱峰依次为闪锌矿型硫化锌的(111)、(220)、(311)面的衍射峰。拉曼光谱也进一步证实了这一点(图3)。

2.2 纳米Cd S的表征与分析

2.2.1 样品的形貌和粒径

在p H=5、反应物浓度为0.1mol·L-1和温度为298K时,通过实验分别考察了在ω=10、ω=15和ω=30等3个不同ω值条件以及不同的陈化时间对合成Cd S微粒的影响,图4为这一系列ω值在不同陈化时间下的Cd S纳米粒子的TEM图所展示的形貌。从图4可知,当ω值变化时,Cd S纳米粒子无论是其粒径还是形貌均随着ω值的变化而发生变化,而陈化时间对Cd S纳米粒的晶型也有一定影响。当ω=10,陈化时间为10min时,TEM图所显示出来的粒子粒径小,但Cd S纳米粒的晶型还不够稳定;ω=15,陈化30min时,所得Cd S纳米粒子晶型稳定单一,粒径较小,平均粒径在5nm左右,微粒分布状态良好,形貌也相对均一;而当ω=30,陈化60min时,粒径大小分布不够均一,较大的纳米粒子其粒径达10 nm左右,还出现了微粒团聚现象。可能原因其一是由于ω值变大时,水核半径也相应增大,所合成的Cd S纳米粒子其粒径也随之变大;其二还可能因为水含量的增大导致微乳液的水核容易破裂,使纳米粒子之间容易发生聚集,所以粒径大小分布不均一。

2.2.2 样品的紫外-可见吸收光谱及荧光发射光谱分析

以p H=5、反应物浓度为0.1mol·L-1、温度为298K和ω=15合成的目标产物作为光谱实验的样品,紫外光谱表明,纳米硫化镉在300~450nm处有一个宽的吸收,随着放置时间的加长,光谱朝紫外区移动,450nm处的多硫离子的吸收完全消失,形成稳定的硫化镉纳米粒子。其荧光发射光谱,在纳米粒子陈化30min后基本趋于稳定。图5表明所合成的纳米硫化镉可以作为荧光量子点使用,可以用于生物探针、环境监测等领域。

3 结论

以乙酸锌、硝酸镉和硫化钠为原料,采用W/O型微乳液法,成功合成出了平均粒径在25nm左右具有准球状结构的Zn S纳米粒子和粒径为5nm左右的纳米Cd S粒子。TEM图所展示的形貌和结构表明,该方法合成的产物粒子其均匀性、分散性都较好,ω值对合成纳米Cd S的形貌和粒径产生重要影响。Zn S纳米粒子的XRD光谱及拉曼光谱表明,合成的纳米硫化锌为立方β-Zn S相(闪锌矿型)。纳米Cd S的紫外-可见吸收光谱表明,陈化30min即能形成稳定的硫化镉纳米粒子,此时其荧光发射光谱,也基本趋于稳定,所合成的纳米硫化镉可以作为荧光量子点使用。

参考文献

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[2]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2001.

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[5]Dneprovskii V S,Zhukov E A,ShalyginaV O A,et al.Excitons in CdS and CdS esemiconducting quantum wireswith dielectric barriers[J].Journal of Experimental andTheoretical Physics,2002,94(6):1169-1175.

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[10]嵇天浩,田淼,杜海燕,等.MS(M=Cd或Zn)纳米粒子负载TiO2纳米线的制备及可见光催化性能[J].功能材料,2010,41(3):545-548.

微乳液表征方法研究论文篇3

粒子尺寸均匀一致、稳定无团聚的聚合物微球被称之为单分散聚合物微球。单分散微米级聚合物微球,因其具有比表面积大、吸附性强,以及表面反应能力等特异性能,作为功能高分子材料,在标准计量、情报信息、分析化学、生物医学、胶体科学及色谱分离等许多科学技术领域有着广泛的用途,尤其是已深入到某些高尖端领域中(如液晶显示、药物及催化剂载体等)[1]。

1 实验部分

1.1 聚苯乙烯高分子微球的合成

1.1.1 仪器及药品仪器和药品(略)

1.1.2 实验设计

本实验采用L25(56)正交实验设计方案见表1。

1.1.3 实验操作

1.1.3.1 合成操作

在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口瓶中加入乳化剂十二烷基磺酸钠(溶于部分蒸馏水)和部分苯乙烯(AR),待乳化剂全部溶解,称1g过硫酸钾(AR),用5mL水

溶解于小烧杯中,将此溶解的一半倒入反应的三口瓶中,开动搅拌器,加热恒温槽,反应温度在控制要求左右。然后用滴液漏斗滴加剩余的苯乙烯,滴加速度不宜过快,加完后把余下的过硫酸钾加入反应的三口瓶中,继续加热,使之回流,逐步升温,以不产生大量泡沫为准,最后升到85℃,无回流为止。停止加热,冷却到50℃后,聚苯乙烯样品待后处理。按照正交表的不同条件,重复上面步骤,合成聚苯乙烯微球样品[2]。

1.1.3.2 破乳

将聚苯乙烯的乳液在室温下搅拌,滴加氯化钠水溶液,用蒸馏水稀释,真空抽滤,再把样品放入离心机中离心6min,拿出样品用蒸馏水重复洗涤抽滤3次;再用乙醇洗涤抽滤3次,用恒温水浴锅把多余无水乙醇及水蒸干,晾干,置于 105℃烘箱内半小时,干燥得到白色产品。

1.2 聚苯乙烯高分子微球的表征

1.2.1 聚苯乙烯高分子微球的粒径

将淡蓝色的聚苯乙烯高分子微球分散液用滴管吸出,滴入50mL小烧杯一滴,用蒸馏水稀释30倍,振荡器调至100转速振荡2.5h,直至澄清,然后滴在盖玻片上,常温干燥。用电镜扫描测量[3],测量前需喷金处理,扫描电镜工作电压 1.00kV。

1.2.2 聚苯乙烯高分子微球的平均分子量

采用黏度法测定分子量,操作过程略。

2 结果与讨论

2.1 聚苯乙烯高分子微球电镜扫描实验结果

所得微球的扫描电镜照片是在20000倍的情况下得到的图片,结果见图1。

由图1可知:通过聚苯乙烯微球的扫描电镜照片可以看出,所制得的聚苯乙烯微球为明显球体[4],具有良好的球形度;且分布均匀,具有良好的单分散性;表面光滑,无破损。这为聚苯乙烯微球在进一步功能化时保证性能的均匀可靠奠定了基础。通过对聚苯乙烯微球粒径的统计计算可知聚苯乙烯高分子微球的平均粒径为103nm。

2.2 聚苯乙烯高分子微球的平均分子量

实验测得聚苯乙烯高分子微球的平均分子量为4.31×105,符合黏度法测定高分子聚合物的范围[5]104~107。

2.3 聚合温度对聚苯乙烯高分子微球粒径的影响

粒径与聚合温度的关系图见图2。

从图2可知,随着反应温度的升高,微球的平均粒径先变大再逐渐变小,65℃达到最高,这符合乳液聚合反应机理[6]。按照Harkins 的理论,在乳液聚合的成核过程中,提高反应温度自由基生成速率增加,水相中自由基浓度增大,导致自由基从水相向乳胶粒中扩散速率增大,即成核速率增大,可生成更多的胶粒,同时导致粒径减小[7]。

2.4聚合温度对聚苯乙烯高分子微球分子量的影响分析

分子量与聚合温度的关系见图3。

由图3可知,聚苯乙烯的分子量随着温度的升高先升高后降低,在65℃ 时达到最高。随着反应温度的持续升高,在乳液中形成的胶束很不稳定,进入胶束中的聚苯乙烯单体减少致使苯乙烯转化率降低。聚苯乙烯的分子量随反应温度升高也存在着最大值,这是由于随着反应温度的提高,聚合的链终止反应加速,造成聚合物分子量的下降[8]。

2.5 乳化剂用量对聚苯乙烯高分子微球表征的影响

实验结果显示,随着乳化剂用量的增加,聚苯乙烯高分子微球的粒径趋向于减小,聚苯乙烯高分子微球的平均分子量变化不大。

2.6 搅拌速度对聚苯乙烯高分子微球表征的影响

实验结果显示,随着搅拌速度的增加,聚苯乙烯高分子微球的粒径趋向于减小,聚苯乙烯高分子微球的平均分子量变化不大。

3 结论

(1)采用乳液聚合工艺,成功地制备出了纳米级具有良好球形度的聚苯乙烯高分子微球[8]。

(2)对其影响因素进行了研究,发现在一定反应条件下,聚苯乙烯高分子微球的平均粒径和分子量都是随着聚合温度的逐步升高,先增大再逐步减小,且随着反应温度的升高聚苯乙烯的粒径和的分子量在65℃时都出现了最大值[9]。

摘要：采用乳液聚合法合成高分子微球具有方法简单条件易控等特点,采用乳液聚合法合成了纳米级的聚苯乙烯高分子微球,研究了不同聚合条件下聚苯乙烯高分子微球的表征,结果表明,聚合温度、乳化剂用量、搅拌速度对聚苯乙烯高分子微球的平均分子量、粒径有显著影响。

关键词：苯乙烯,乳液聚合,纳米微球

参考文献

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