
400-123-4657
液 / 液微分散过程的基本原理与气 / 液微分散过程基本相同,当然也存在着一些不同点,如两相的密度差会更小一些,两相的界面张力也会不同,尤其是气体的可压缩性使得气 / 液微分散过程稳定,需要更加精确控制操作条件和几何结构。
而对于液 / 液微分散过程而言,液 / 液两相均没有可压缩性,因此相对气 / 液体系得到稳定的两相分散过程显得更容易方便一些。
当然与气 / 液体系不同,液 / 液体系的分散相一般由微通道的表面性质来决定,即若采用亲水性通道由油相为分散,而采用亲油性通道由水相为分散。下面通过四种典型的微通道来分析所制备微液滴的单分散性。
这四种微通道均以 PMMA 为材质,分别为 T 形微通道、十字形微通道、并流型微通道和聚焦型微通道,其结构示意如图 所示。
在 PMMA 微通道中,通过在水相加入足够量的表面活性剂 SDS(0.5%,质量分数),可以将通道表面改性为完全亲水,因此,若以正辛烷 /0.5%(质量分数)SDS 水溶液为实验体系,则油相为分散相,水相作为连续相。图 2给出在 4 种微通道中油滴形成过程的显微照片,实验条件及相应结果如表 1所示。由图 1和表 1 可以看出,液 / 液微分散无论采用何种微通道以及不同的操作条件均可很方便地制备均一性很好的微液滴,当然微液滴的大小与体系物性、操作条件以及设备的几何结构均有紧密联系,特别重要的是与通道表面性能直接相关,当采用 SDS为表面活性剂时,通道会表现出亲水性,实现油相分散。
图 3给出以 2.0%(质量分数)Span8 正辛烷 - 水为实验体系在 4 种微通道中液滴形成过程的显微照片,实验条件及相应结果如表 2所示。为了清晰显示两相的差异,我们在水相中加入了微量的红色染料。从图中可以看出,当表面活性剂亲油时,通道很容易改性为亲油性通道,这时水相就是分散相,能够形成规则的水柱(或水滴)。
由以上结果可以看到,由于气体既不亲水也不亲油,因此对于气 / 液微分散过程,微通道的表面性质影响很小,气体均为分散相。而对于液 / 液分散过程而言,通道的表面性质则对于分散过程产生重要的影响,如果微通道表面亲水,则水相为连续相,油相为分散相,而如果微通道表面亲油,则油相为连续相,水相为分散相。同样由上述实验结果也可以看到,由于表面活性剂在固体表面有很强的吸附作用,当采用亲水性表面活性剂,则通道容易改性为亲水性通道,而如果采用亲油性表面活性剂,则通道会改性为亲油通道,因此,在同一个微通道内可通过表面活性剂种类的改变来实现O/W 或 W/O 乳液的制备。在不同结构的微通道内,分散相液滴直径均表现出高度的均一性。
[1] 徐建鸿 . 微分散体系尺度调控与传质性能研究 [D]. 北京 : 清华大学 , 2007.
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