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疏水物质携带纳米气泡及释放气体能力的研究

赵婉辰  
【摘要】:二十多年前,人们在研究水中的两个疏水表面间的疏水长程作用机制时,提出了纳米气泡,此后关于纳米气泡是否存在的争论就一直没有停止过。随着现代检测技术的日益成熟,特别是2000年纳米气泡原子力图像的发表以及随后大量的实验验证,固/液界面上存在有纳米气泡的观点逐渐被越来越多的人所接受。目前普遍认为的纳米气泡的形成机制是,在有疏表面存在的情况下,过剩气体分子倾向于直接在固体表面的成核中心(缺陷或空隙处)聚集,以纳米气泡的形式稳定存在于疏水固体与水的界面上。并且,接触角越大,稳定存在的纳米气泡数量就越多。 纳米气泡与许多物理化学现象密切相关,人们已经发现很多方法都能产生纳米气泡,例如:替换法、浸渍法、外源法、电化学法等。以此为基础我们可以将纳米气泡应用于不同的领域中。纳米气泡的存在有有利的一面,例如在解决生物体组织缺氧的问题上,纳米气泡主要通过在疏水颗粒表面富集,进入生物体内,经过血液循环到达病灶部位,通过超声处理发挥作用;在矿石浮选上,纳米气泡由于具有比表面积大和表面能高等优越性质,能够有效地提高矿石的浮选的效率。但它同时也有不利的一面,大部分烃类油状物质都难溶于水,如果它们粘附在玻璃器皿的表面上则通常都要借助表面活性剂将其去除。普通的水之所以不能将它们清洗下来很可能是固/液界面上存在的纳米气泡所造成的。这里主要对纳米气泡在生物医学和界面化学两个领域进行了一些初步的研究。 本文先通过原子力显微镜(AFM)和同步辐射小角X射线技术对固/液界面纳米气泡的尺寸进行了分析,以确定纳米气泡吸附于疏水颗粒上的前提条件。随后将疏水颗粒在高剪切力作用下充入氧气,过量的氧气在疏水颗粒的表面上会形成微纳米气泡,成为富氧制剂。将富氧制剂注入深度脱气的水中,通过水中溶解氧量的测定来评价疏水颗粒携带氧气量的多少。结果表明,这些富氧制剂能够有效地向缺氧环境中提供氧气;提供氧气量的多少与物质的种类和粒径的大小有关;超声处理会提高氧气的释放量。 固/液界面的纳米气泡可以通过脱气处理去除。在本文的第二部分,作者先通过原子力显微镜直观地表示了用醇/水替换法在HOPG的固/液界面上所形成的纳米气泡,在经过脱气处理半小时后消失了。基于这一结果的铺垫,用深度脱气水来分散玻璃试管中的难溶油状有机物十二烷和固体粉末纳米碳,通过与普通水做分散剂的实验组进行对比,并用热力学理论进行分析后,得出深度脱气水能够提高难溶物质的分散度以及分散体系稳定性的结论。


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