CN106179108B - 磁响应型多相泡沫体系及其制备方法 - Google Patents

磁响应型多相泡沫体系及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多相泡沫体系，特别涉及一种磁响应型多相泡沫体系及其制备方法，包含如下成分：辛基‑beta‑D‑吡喃葡萄糖苷(APG)0.1‑0.5wt％，磁性阳离子表面活性剂C12‑3‑C12·2[FeCl3Br‑]为0.001‑0.010wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.2‑1.5wt％，其余为水。本发明公开的磁响应型多相泡沫体系，可以在稳定泡沫体系的同时，赋予泡沫体系磁响应性，利用外加磁场实现对泡沫消泡时间的控制，让泡沫体系短时间内集中快速破灭，拓展泡沫体系的在需要特定消泡时间场合的应用范围，可应用于既需要稳定泡沫体系，又需要在短时间内可控消泡的工业生产场合。

Description

磁响应型多相泡沫体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及多相泡沫体系，特别涉及一种磁响应型多相泡沫体系及其制备方法。
背景技术
泡沫是一种不溶性气体分散在液体中形成的分散体系，其中不溶性气体作为分散相，液体作为分散介质。随着表面活性剂的广泛使用，泡沫体系逐渐受到了人们的广泛关注。现在泡沫体系在食品、化妆品、石油开采、矿物开采、消防灭火等领域都有着广泛的应用。新兴的工业应用一般把泡沫作为中间体去生产多孔材料，也用于生产绝热材料和低比重材料，以及在医学上生产人工植入物和用于药物输送、组织工程的支架。
泡沫是一种热力学不稳定体系，泡沫的不稳定性源于其高的表面能，泡沫体系通过聚并和歧化作用来降低体系的表面能，以达到相对稳定的状态。研究者为了提高泡沫稳定性，通过添加脂质和蛋白质、无机颗粒等不溶性纳米颗粒吸附在气泡表面，减少气液界面能，来增加泡沫体系的稳定性。另外研究者也认识到不溶性微粒能够稳定乳液,例如二氧化硅颗粒能够稳定水包油型(o/w)乳液，炭黑颗粒可以稳定油包水型(w/o)乳液。亲水颗粒经过不同程度的表面改性得到的中间疏水性的颗粒，可以不可逆地吸附到气液界面上，形成一层刚性膜起到阻止气泡聚并的作用，进而增加泡沫的稳定性，得到稳定性大幅改善的泡沫体系。如申请人在先申请CN104845602A环境友好型超稳定多相泡沫体系及其制备方法中公开的提供了一种环境友好型超稳定多相泡沫体系。
在泡沫体系的使用场合中，除了对稳定性的要求外，泡沫的可控消泡也是泡沫体系较有意义的特点，例如在采油过程中，如能人为控制泡沫的破灭消泡过程，则可以更好地控制堵水调剖过程，在污水处理的气浮过程、矿物浮选过程中，当悬浮固体分离过程完成后，也需要消除泡沫。但是，目前公开的专利文献及期刊文献中，更多地是能制备稳定性泡沫体系，而不能对泡沫进行可控的消泡。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种既稳定又可在外场作用下控制消泡的磁响应型多相泡沫体系及其制备方法，可利用外加磁场控制泡沫的消泡时间。
本发明的技术方案是：
一种磁响应型多相泡沫体系，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)0.1-0.5wt％，磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.001-0.010wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.2-1.5wt％，其余为水。
在以上方案的基础上，进一步所述的磁响应型多相泡沫体系，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)0.25wt％，阳离子双子型表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.001-0.010wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.5wt％，其余为水。
在以上方案的基础上，所述的磁响应型多相泡沫体系，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)0.25wt％，阳离子双子型表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.003wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.5wt％，其余为水。
优选的，所述的磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]的制备方法为，表面活性剂C12C3C12Br2，FeCl3·6H2O溶于甲醇中，室温下，300rpm机械搅拌反应12h；反应结束，旋蒸除去甲醇溶剂后，80℃真空干燥12h，得到粘稠状棕色物质即为磁性阳离子表面活性剂。
所述C12-3-C12·2[FeCl3Br-]结构式如下，
所述的C12C3C12Br2的结构式如下：
本发明的另一个目的在于公开一种制备上述的磁响应型多相泡沫体系的方法，先将辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和磁性阳离子表面活性剂混合，再加入二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟。
本发明的第三个目的在于公开消除上述多相泡沫体系泡沫的方法，将所述的多相泡沫体系置于磁场中。
优选的，所述的磁场强度为0.4特斯拉。
本发明的有益效果是：
本发明公开的磁响应型多相泡沫体系，可以在稳定泡沫体系的同时，赋予泡沫体系磁响应性，利用外加磁场实现对泡沫消泡时间的控制，让泡沫体系短时间内集中快速破灭，拓展泡沫体系的在需要特定消泡时间场合的应用范围，可应用于既需要稳定泡沫体系，又需要在短时间内可控消泡的工业生产场合。
附图说明
附图1为磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]有无外加磁场情况下表面张力的变化。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1中表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]浓度1.0mM，表面张力由悬滴法测定，外加磁场强度约1.3T。外加磁场可以明显影响表面活性剂的表面张力，说明所合成表面活性剂具有一定的磁性。
泡沫的排液半衰期是指在泡沫消泡过程中析出一半液体(50ml)所用的时间。
消泡时间指生成的泡沫全部破灭消失的时间。
实施例1：
磁响应型多相泡沫体系，100mL去离子水中加入0.1g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.001g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，后加入1.5g二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟，形成稳定的多相泡沫体系。
可产生约430mL泡沫，在无磁场的情况下，泡沫的排液半衰期约为4500s。与对比例2相比，可知泡沫具有较好的稳定性。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在237s内完全消泡。与对比例1相比，可知泡沫具有磁响应性，可以在磁场作用下快速消泡。实施例2：
磁响应型多相泡沫体系，100mL去离子水中加入0.25g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.003g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，后加入1.5g二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟，形成稳定的多相泡沫体系。
可产生约430mL泡沫，在无磁场的情况下，泡沫的排液半衰期约为4500s。与对比例2相比，可知泡沫具有较好的稳定性。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在232s内完全消泡。与对比例1相比，可知泡沫具有磁响应性，可以在磁场作用下快速消泡。实施例3：
磁响应型多相泡沫体系，100mL去离子水中加入0.3g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.005g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，后加入1.5g二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟，形成稳定的多相泡沫体系。
可产生约430mL泡沫，在无磁场的情况下，泡沫的排液半衰期约为4500s。与对比例2相比，可知泡沫具有较好的稳定性。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在203s内完全消泡。与对比例1相比，可知泡沫具有磁响应性，可以在磁场作用下快速消泡。实施例4：
磁响应型多相泡沫体系，100mL去离子水中加入0.5g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.007g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，后加入1.5g二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟，形成稳定的多相泡沫体系。
可产生约430mL泡沫，在无磁场的情况下，泡沫的排液半衰期约为4500s。与对比例2相比，可知泡沫具有较好的稳定性。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在190s内完全消泡。与对比例1相比，可知泡沫具有磁响应性，可以在磁场作用下快速消泡。实施例5：
磁响应型多相泡沫体系，100mL去离子水中加入0.25g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.01g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，后加入1.5g二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟，形成稳定的多相泡沫体系。
可产生约430mL泡沫，在无磁场的情况下，泡沫的排液半衰期约为4500s。与对比例2相比，可知泡沫具有较好的稳定性。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在157s内完全消泡。与对比例1相比，可知泡沫具有磁响应性，可以在磁场作用下快速消泡。对比例1：
稳定型多相泡沫体系(CN104845602A环境友好型超稳定多相泡沫体系)，100mL去离子水中加入0.25g烷基糖苷、0.003g C12-3-C12·2Br、1.5g二氧化硅纳米颗粒，使用高速搅拌机8000rpm搅拌3分钟，迅速转移到带有刻度的500mL量筒中，产生约430mL泡沫，排液半衰期约为5000s。
对比例2：
无纳米颗粒泡沫体系，100mL去离子水中加入0.25g辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷(APG)和0.003g磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]，8000rmp高速搅拌3分钟，可产生约500ml泡沫，泡沫析液半衰期仅为590s。在0.4特斯拉磁场(NdFeB磁体)作用下，泡沫体系可在225s内完全消泡。
为了进一步说明本发明的磁响应型多相泡沫体系的稳定性及快速消泡的性能，进行一系列实验，数据见下表：
表1磁响应型多相泡沫体系消泡时间与体系磁性表面活性剂含量的关系
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
消泡时间/s >10800 225 237 232 203 190 157
泡沫排液半衰期/s 5000 590 4500 4500 4500 4500 4500
稳定性是指泡沫的半衰期比较长，对于不加纳米颗粒只有两种表面活性剂的泡沫(对比例2)，其析液半衰期仅有约600s；而含有磁性表面活性剂、APG表面活性剂和纳米颗粒泡沫体系的析液半衰期(液体析出一半所用的时间)为约4500s，说明其稳定性较好，同时在外加磁场的作用下，泡沫可以快速破灭消泡，说明其泡沫具有磁响应性。

Claims (7)

1.一种磁响应型多相泡沫体系，其特征在于，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷0.1-0.5wt％，磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.001-0.010wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.2-1.5wt％，其余为水。
2.根据权利要求1所述的磁响应型多相泡沫体系，其特征在于，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷0.25wt％，磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.001-0.010wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.5wt％，其余为水。
3.根据权利要求1所述的磁响应型多相泡沫体系，其特征在于，包含以下成分，辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷0.25wt％，磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]为0.003wt％，二氧化硅纳米颗粒为1.5wt％，其余为水。
4.根据权利要求1所述的磁响应型多相泡沫体系，其特征在于，所述的磁性阳离子表面活性剂C12-3-C12·2[FeCl3Br-]的制备方法为，表面活性剂C12C3C12Br2，FeCl3·6H2O溶于甲醇中，室温下，300rpm机械搅拌反应12h；反应结束，旋蒸除去甲醇溶剂后，80℃真空干燥12h，得到粘稠状棕色物质即为磁性阳离子表面活性剂。
5.一种制备权利要求1所述的磁响应型多相泡沫体系的方法，其特征在于，先将辛基-beta-D-吡喃葡萄糖苷和磁性阳离子表面活性剂混合，再加入二氧化硅纳米颗粒，8000rmp高速搅拌3分钟。
6.一种消除权利要求 1所述的多相泡沫体系泡沫的方法，其特征在于，将所述的多相泡沫体系置于磁场中。
7.根据权利要求6所述的多相泡沫体系泡沫的方法，其特征在于，所述的磁场强度为0.4特斯拉。
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