近期，江南大学化学与材料工程学院蒋建中教授团队在功能型表面活性剂的研究方面取得突破性进展，在Angewandte Chemie International Edition上以Hot Paper形式发表重要学术论文：“Smart Emulsions Stabilized by a Multi-headgroup Surfactant Tolerant to High Concentrations of Acids and Salts（Angew. Chem. Int. Ed.,2023, e202310743, 10.1002/anie.202310743）”。该论文的第一作者为2020级博士生张婉晴，通讯作者为蒋建中教授。
乳状液广泛应用在日常生活、工农业生产等多个领域，然而乳状液的稳定性常常受到体系中的酸碱或者盐含量的影响。在一些特殊应用场合中，如油田开采、强酸性废水处理等领域，往往存在强酸、高盐、或者强酸与高盐同时存在的情况，从而造成乳状液的稳定性下降或者破乳。如何使乳状液在强酸、高盐等苛刻条件下保持长时间稳定是一项巨大的挑战。
在前期研究基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 11793-11798、Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202210050），江南大学蒋建中教授团队设计合成了一种新型表面活性剂(C3H7-N(C10COONa)2, di-UAPAba)，该表面活性剂在不同pH值下能够在阳离子型、两性型、阴离子型结构间发生可逆转变。di-UAPAba能够在强酸条件(pH=2)下单独或者与微量的亲水性二氧化硅颗粒协同获得稳定的乳状液，di-UAPAba的浓度可以低至0.001 mM。而且该体系对于不同的油相（烷烃、芳香烃、酯类、硅油等）、不同的酸（盐酸、硫酸、硝酸）均具有良好的普适性。然而常规表面活性剂(如CTAB、SDS、Tween80等)在强酸条件下(pH≤2)均不能获得稳定的乳状液。
图1 高耐酸、耐盐的乳状液稳定机理示意图
此外，作者还发现在强酸环境下继续添加高浓度盐（例如[NaCl]≥ 3M）后乳状液的稳定性反而大幅提高，此时乳状液的类型从低粘度的oil-in-dispersion(OID)乳液转变为高粘度的Pickering乳液。添加其他不同价态的盐（CaCl2、FeCl3、Na2SO4）也具有类似的现象。
同时，由于di-UAPAc具有pH响应性能，该乳液体系不仅能够利用pH可逆调控乳化/破乳过程，而且能够实现OID乳液和Pickering乳液之间的可逆转换，从而可以精确调控乳状液的性能，如稳定性、粘度、粒径等。
作者详细研究了上述机理，相关研究成果丰富了在强酸以及高盐等苛刻体系中的乳状液稳定机理，为功能型表面活性剂的结构设计提供了一种新思路。英国Hull大学Bernard P. Binks和江南大学崔正刚教授对论文的修改提出了宝贵的建议，上述工作得到了国家自然科学基金（21872064）和江苏省青蓝工程中青年学术带头人等项目的资助。
论文链接: http://doi.org/10.1002/anie.202310743
图2 (a) 0.1 wt.% SiO2颗粒与0.01 mM di-UAPAc协同稳定的乳状液随pH变化的智能响应示意图；(b)乳液滴液的3D微观示意图；(c)微观机理示意图. (上述表面活性剂: di-UAPAc, pH ≤ 4; di-UAPAz, 5 ≤ pH < 6; di-UAPAza, 6 < pH ≤ 7; di-UAPAba, pH > 8).
