Микроэмульсионный метод получения оксида цинка

Поверхностно-активные вещества представляют собой дифильные молекулы, состоящие из гидрофобной и гидрофильной частей.

Рисунок 4 – Строение молекулы ПАВ

На рисунке 4: l – длина гидрофобной части, а – эффективное сечение гидрофильной части.

Используя следующие соотношения можно определить, к какому виду наноструктур относиться то или иное ПАВ [1]:

где v – обьем гидрофобной части; а – эффективное сечение гидрофильной части; l – длина гидрофобной части.

Таким образом, если p < 1, то поверхностно-активное вещество образует прямые мицеллы в растворе.

При p = 1 образуется бислой, а при p > 1 образуются обратные мицеллы.

В зависимости от соотношения этих частей (так называемого гидрофобно-гидрофильного баланса молекулы) ПАВ могут образовывать различные наноструктуры [1].

Рисунок 5 – Различные виды наноструктур в зависимости от соотношения гидрофильно-липофильного баланса: а – микроэмульсия масло/вода; б – микроэмульсия вода/масло; в – обратная мицелла; г – прямая мицелла; д – бислойная мембрана; е – везикула; 1 – вода; 2 – масло

Особенно удобными являются тройные системы, например, «гексан-вода-АОТ», в которых, меняя величину w-соотношение Н2О-АОТ, можно изменять в широких пределах диаметр водного пула нанореактора [1].

Эти системы представляются чрезвычайно простыми и удобными для синтеза различных наночастиц путем проведения химической реакции.

Рисунок 6 – Тройная система гексан-вода-сульфосукцинат натрия (AOT): 1 – вода; 2 – масло

В случае , когда мицеллярный раствор состоит из двух частей: первого мицеллярного раствора, который содержит молекулы реагента А и второго мицеллярного раствора, содержащего молекулы реагента В при смешивании происходит реакция, контролируемая процессом межмицеллярного обмена реагентов [1].

Для стабилизации мицеллярных систем нередко используются со-ПАВ. В качестве со-ПАВ используются спирты со средней длиной цепи, SPAN – 40, высокомолекулярные соединения.

Собирают нанокристаллические частицы и удаляют любые остающиеся в растворе избыточные количества ПАВ ультрацентрифугированием при скоростях в 20000 – 60000 оборотов в минуту в течение 10 – 30 минут.

Контроль размера водного пула данных нанореакторов можно контролировать, изменяя соотношение Н2О /АОТ [1].

Рисунок 7 – Реакция, контролируемая процессом межмицеллярного обмена реагентов.

Если сам акт реакции внутри мицеллы происходит достаточно быстро, то кинетика реакции будет определяться процессами межмицеллярного обмена. На этом слайде наглядно представлен один из вариантов процесса межмицеллярного обмена [1].

Рисунок 8 – Процесс межмицеллярного обмена

Образование эмульсии – эмульгирование может происходить как в результате конденсационного выделения новой дисперсной фазы, так и при диспергировании одной жидкой фазы в другой.

Диспергирование может происходить самопроизвольно или в результате механического воздействия. Самопроизвольное эмульгирование возможно при очень низких значениях поверхностного натяжения границы раздела двух жидкостей (менее сотой доли мН/м) и приводит к образованию термодинамически равновесных критических эмульсий.

Кроме того, самопроизвольное эмульгирование может происходить в результате диффузионного переноса веществ (обычно ПАВ) из одной фазы в другую. Для механического эмульгирования применяют различные гомогенизаторы и диспергаторы. Возможность образования эмульсии, их тип и стабильность определяются поверхностными явлениями на границах раздела фаз и зависят, прежде всего, от наличия в системе ПАВ-эмульгаторов, их концентрации и молярного строения, в частности гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ).