[论文解读] THEORETICAL PREDICTION AND EXPERIMENTAL MEASUREMENT OF THE MIXED FLOCCULATION/COALESCENCE RATE OF IONIC HEXADECANE-IN-WATER NANO-EMULSIONS

Germán Urbina-Villalba, Neyda García-Valera+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2015

Surfactants and Colloidal Systems参考文献 49被引用 9

一句话总结

本研究对SDS在不同NaCl浓度下稳定的离子十六烷基-水纳米乳液中的混合絮凝/聚结速率（kFC）进行了理论与实验研究。结果表明，kFC取决于表面活性剂盐析效应与表面电荷屏蔽之间的平衡，且当将可逆絮凝机制纳入模型时，理论与实验结果达到高度一致，优于DLVO理论的解释。

ABSTRACT

Theoretical calculations of the mixed aggregation/coalescence (kFC) rate corresponding to a set of hexadecane-in-water nano-emulsions stabilized with sodium dodecyl sulphate (SDS) at different NaCl concentrations are presented. The rates were obtained through the change of the total number of aggregates of the dispersions as a function of time, predicted by Emulsion Stability Simulation (ESS). Two different models were implemented in order to mimic the dependence of the surface excess of the surfactant on the salt concentration. Experimental measurements of kFC were also made, based on the change of the turbidity of the emulsions as a function of time. A satisfactory agreement between theory and experiment is only attained if the model of surfactant adsorption accounts for the balance between the salting out of the surfactant solution and the partial screening of the surface charge of the drops induced by the increase of the ionic strength of the continuous phase. The observed behavior cannot be justified on the grounds of the Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory. Instead, the reversible flocculation of the aggregates of any size is proposed as an alternative mechanism to explain the dependence of kFC as a function of the salt concentration.

研究动机与目标

• 理解SDS稳定的离子型纳米乳液在不同盐浓度下的聚集行为。
• 解决经典DLVO理论与实验观测到的絮凝/聚结速率（kFC）之间存在的差异。
• 建立一个能够同时考虑表面活性剂吸附与表面电荷效应的kFC理论模型，以适应离子强度的变化。
• 通过测量浊度随时间的变化，实验验证理论模型。
• 识别kFC随NaCl浓度变化的主导机制。

提出的方法

• 利用乳液稳定性模拟（ESS）计算理论kFC速率，模拟聚集粒子数随时间的变化。
• 构建两种不同模型，以模拟表面活性剂表面过剩随NaCl浓度的变化，反映盐析效应与电荷屏蔽效应。
• 通过浊度随时间的监测测量实验kFC，获得聚集过程的直接动力学数据。
• 将理论预测与实验数据对比，评估模型准确性。
• 对模型进行优化，引入所有尺寸聚集粒子的可逆絮凝作为关键机制。
• 在一系列NaCl浓度下，将理论与实验的kFC值进行相关性分析，以验证机制的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过NaCl增加离子强度，如何影响SDS稳定的十六烷基-水纳米乳液中的混合絮凝/聚结速率（kFC）？
• RQ2 为何该体系中实验测得的kFC值与基于DLVO理论的预测存在偏差？
• RQ3 表面活性剂盐析在决定表面过剩与聚集动力学方面起到何种作用？
• RQ4 离子强度增加导致液滴表面电荷部分屏蔽，如何影响kFC？
• RQ5 可逆絮凝机制是否能比DLVO理论更好地解释观察到的kFC盐依赖性？

主要发现

• 仅当模型同时考虑表面活性剂盐析与表面电荷屏蔽时，理论与实验的kFC值才表现出高度一致。
• 实验观测到的kFC与NaCl浓度的关系无法仅用DLVO理论解释。
• 所有尺寸聚集粒子的可逆絮凝被确定为解释实验趋势的主导机制。
• 同时包含盐析与电荷屏蔽效应的模型最能复现实验测得的浊度衰减动力学。
• 本研究表明，表面活性剂表面过剩并非仅由静电作用决定，高离子强度下盐析效应具有显著影响。
• 理论与实验结果的高度一致验证了所提出的双重机制在准确预测离子型纳米乳液中kFC行为中的必要性。