基于Pickering乳液制备复杂结构微胶囊及其催化研究

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由于微胶囊具有独特的纳微尺寸空腔结构,能够有效地包封各种活性成分,在农业、食品工业、微反应器、药物传递和催化等领域具有非常广泛的应用前景。然而传统微胶囊的内部结构缺乏有效的调控手段,阻碍了微胶囊在工业催化领域的应用,因此开发有效的方法来制备具有不同内部结构的微胶囊是该领域的关键科学问题。其中,以Pickeirng乳液为模板制备微胶囊技术,通过改变乳化剂用量、交联剂浓度、pH值等参数,可以有效的调控微胶囊的渗透性和机械强度等性能,为上述问题的解决提供了方向。为此,本论文以Pickering乳液为模板,发展了两种构筑微胶囊的方法,并对其结构进行表征以及开展催化应用研究。主要研究内容包括:在文献报道的基础上,将固体乳化剂与分子表面活性剂组装在一起,改变盐酸浓度,制备介孔氧化硅微胶囊。利用扫描电子显微镜和N2吸附对制备的微胶囊的形貌和结构进行表征,并通过搅拌实验对其机械强度进行测试。当TEOS的用量固定时,增加盐酸的浓度,发现随着加入的盐酸的浓度增大,交联剂水解速率加快,制备出的介孔微胶囊孔道和比表面积略有增大大。原位包封酶催化剂可以减少操作流程,降低酶催化剂的损失。上述方法虽然也制备出微胶囊但在制备过程中加入盐酸会影响酶的活性,因此不适用于原位封装酶催化剂。为了制备可以原位包封酶催化剂的多腔室微胶囊,使用两种亲疏水性不同的二氧化硅颗粒作为乳化剂,首先通过一次乳化将CALB酶限域在Pickering乳滴内,再通过二次乳化过程制备出W/O/W型Pickering双重乳液。并以其为模板,使用超支化聚乙氧基硅烷(PEOS)为交联剂,一步交联制备出包裹酶催化剂的多腔室微胶囊。在固定床反应器中评价微胶囊催化酯交换反应的性能,结果表明该反应体系具有高的催化活性和反应稳定性,进一步证实了多腔室微胶囊在工业生产中的应用前景。
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