【摘 要】
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微乳液是由两种互不相溶的液体在表面活性剂分子的作用下产生的热力学稳定且各向同性的分散体系。它有很大的传质面积、传递速率高、易于制备等优点。由于这些优点,它可以作为微反应器被广泛应用于纳米结构材料的合成、药物的包封与传递、提取与分离等方面。近几年,一些智能化的新型微乳液相继被报道,例如光响应、温度响应、CO2响应、p H响应、高温稳定、无表面活性剂等类型的微乳液。这些新型微乳液体系的开发对解决破乳难
【基金项目】
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国家自然科学基金（NO.21773058）；
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微乳液是由两种互不相溶的液体在表面活性剂分子的作用下产生的热力学稳定且各向同性的分散体系。它有很大的传质面积、传递速率高、易于制备等优点。由于这些优点,它可以作为微反应器被广泛应用于纳米结构材料的合成、药物的包封与传递、提取与分离等方面。近几年,一些智能化的新型微乳液相继被报道,例如光响应、温度响应、CO2响应、p H响应、高温稳定、无表面活性剂等类型的微乳液。这些新型微乳液体系的开发对解决破乳难,反应适用范围小,反应条件苛刻,分离操作过程繁琐等问题具有重要意义。但是关于这些微乳液微观结构和聚集行为的研究还很少,体系中各粒子之间的相互作用机理不是很清楚,这使得进一步的分子设计具有一定的难度。作为国家自然科学基金（NO.21773058）的一部分,本论文主要针对高温稳定、温度响应及无表面活性剂这三种类型的微乳液,采用分子模拟的方法从微观上对这些体系的微观结构和聚集行为进行了研究。具体的研究工作如下:1.采用分子动力学模拟对具有高温稳定性的微乳液[C4mim][PF6]/[C12mim]Cl/EOAN体系进行了模拟,计算了体系中各离子之间的相互作用能、径向分布函数、组合分布函数、空间分布函数和配位数。研究表明加入离子液体[C4mim][PF6]后,离子液体[C4mim][PF6]被表面活性剂包围。然后将[C4mim][PF6]/[C12mim]Cl/EOAN高温微乳液体系与传统微乳液[C4mim][PF6]/[C12mim]Cl/H2O体系进行对比,计算并分析了具有不同[C4mim][PF6]含量的微乳液聚集体的尺寸。结果表明随着离子液体[C4mim][PF6]不断增加,传统微乳液聚集体的尺寸逐渐增大,而高温微乳液[C4mim][PF6]/[C12mim]Cl/EOAN聚集体的尺寸呈现出先增大后减小再增大的趋势。此外,通过对比这两种微乳液体系的径向分布函数、组合分布函数、空间分布函数和配位数,发现随着[C4mim][PF6]含量的不断增加,[C4mim][PF6]/[C12mim]Cl/EOAN微乳液体系中的阴离子[PF6]-、[NO3]-、Cl-在阳离子周围的分布情况发生了改变,使得微乳液的微观结构依旧保持不分相的状态。这也是该微乳液可以在较高温度时保持结构稳定而不破乳的重要原因。2.采用分子动力学模拟和动态光散射技术对温度响应型微乳液[P444,n]Br（n=8,10,12,14,16,18）/[C12mim]Br/H2O的微观结构和聚集行为进行了研究。通过分析不同微乳液体系的轨迹文件,发现随着[P444,n]+的烷基链长度由8,12增加到16,[P444,n]+和[C12mim]+的非极性区域越来越近,非极性链的相互缠绕越来越强,分子的排列由松散变为紧密,团簇尺寸变小。然后通过分析不同体系的相互作用能、径向分布函数和配位数,结果表明温度响应型离子液体较长的烷基链可以增强阳离子与阴离子的范德华相互作用,减弱温度响应型离子液体与水分子的相互作用,从而导致团簇的尺寸减小。3.采用分子动力学模拟的方法,对无表面活性剂微乳液DMSO/H2O/Butanol的微观结构进行了研究。通过对比该微乳液体系O/W、W/O和B.C三种不同微观结构中各分子之间的相互作用能和空间分布函数,结果表明在该无表面活性剂微乳液中Butanol充当非极性相,H2O作为极性相,DMSO充当表面活性剂的作用。在微乳液的形成过程中,体系中DMSO和H2O之间氢键作用的变化起主导作用。通过分析不同温度条件下混合体系中各分子之间径向分布函数、空间分布函数、配位数、氢键以及相互作用能的变化,结果表明温度的改变使体系中DMSO-H2O之间氢键作用减弱的程度相对较大,导致聚集体的尺寸减小。因此我们可以很容易的在无表面活性剂存在的情况下实现成乳和破乳:高温成乳,低温破乳。
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