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化材院刘明贤教授团队在埃洛石矿物材料在洗涤剂中的应用研究中取得新进展

发布时间:发布单位:办公室

近日,澳洲幸运10刘明贤教授团队在Chemical Engineering Journal (1区,影响因子10.65)杂志上发表题为“Green detergent made of halloysite nanotubes”的研究论文。该论文澳洲幸运10为唯一作者单位,刘明贤教授为唯一通讯作者,2018级硕士生杨小涵为论文的第一作者。

在该项研究中,首先利用天然埃洛石纳米管(HNT)作为 Pickering 乳液油水界面的稳定剂。系统研究了HNT的基本理化性质、Pickering乳液中的稳定机制、不同基材上的去污效率、HNT对植物的毒性以及纺织品上的残留。HNT对附着在基材表面的油的去润湿过程如图1所示。HNT作为Pickering乳化稳定剂,在油水界面逐渐被吸收,洗涤运动产生的对流力大大克服了清洗过程中油污与基材表面的附着力,将油污从基材表面去除。另外,油从表面释放出来后,HNT作为稳定剂紧密排列在油水界面,稳定油滴,使油滴难以重新附着在基材表面,达到良好的去除效果。

 

1. HNT 的去油机理示意图


由于HNTPickering乳液中起到了良好的稳定剂的作用,从其他研究中也可以看出乳液稳定剂在洗涤剂行业的潜力,这些启发了可以使用 HNT 作为清洁剂来清洁普通纺织品上的染料和其他日常污渍。因此,将 HNT 的清洁效率与洗衣粉(LP)一起研究。与洗衣粉相比,HNT 在去除棉花上的染料(龙胆紫、碱性品红和亚甲蓝)、墨水和茶叶等污渍方面表现出更好的清洁能力(2) 。例如,最低浓度(0.5%)HNT 对棉布三种染料的清洗效率与 LP 非常接近。当HNT浓度增加到10%时,清洗效率是LP的两倍。清洁之后纺织物的白度接近初始状态。HNT去除污渍的原理有以下三条:1. HNT的管状结构和活性表面使其具有对多种物质的高吸附能力,使得其能够高效吸附基体上的污渍;2. HNT能够稳定Pickering乳液,油污能够很大程度地从基体脱离;3. HNT和基材的摩擦力大,在洗涤过程中使得污渍容易从纺织物上脱离。


 2. HNT 的清洁能力研究:从白色棉织物中去除不同染料、墨水、茶和辣椒油(A),清洁效率(B)和白度保持率(C)


进一步研究 HNT 清洁剂在清除厨房油污方面的效果,将不同材质的餐具用辣椒油污染。图 3比较了 HNT 和洗洁精( DWL) 的清洁效率。两种洗涤剂的清洁效果差不多,通过电镜等结果显示洗过的碗碟上没有明显的纳米管残留。


 

3. HNT对陶瓷、不锈钢、玻璃和塑料板去除辣椒油的清洗效果(A)和清洗效率(B)


论文最通过小麦和莴苣模型做了HNT的植物毒性研究。研究发现,低浓度的 HNT 不仅无毒性,而且还可促进植物生长。然而同样浓度的洗衣粉则使得植物完全无法发芽,更不会生长。因此,植物毒性实验结果表明HNT对植物的发芽和生长几乎没有危害,其环境安全性远高于商业洗洁剂。

 

4. HNT LP 的植物毒性研究(7 ):小麦 (A) 和莴苣 (B)的生长情况


总之,HNT作为一种环保、低成本的天然材料,长径比大,对油水部分亲和,使其成为一种高效的绿色洗涤剂。HNTO/W Pickering乳液表现出良好的稳定作用,HNT以高浓度存在于油水界面。HNT洗涤剂能够有效去除纺织物和餐具上的污渍,去污能力比普通洗衣粉和洗洁精要好得多。HNT在低浓度下对小麦的发芽和生长没有不良影响。更重要的是,在去离子水中漂洗后,纺织物上几乎没有 HNTs 残留物。本研究的意义在于设计了一种高效、安全、低成本的基于粘土矿物的洗涤剂,为埃洛石的应用提供了新的方向。

本工作受到国家自然科学基金面上项目(52073121)等资助。

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721022099