Modified boehmite nanoparticles as oil-in-water emulsion stabilizers

Abstract

Неорганические наночастицы являются эффективными стабилизаторами эмульсий Пикеринга и находят своё применение в пищевой, косметической и фармацевтической промышленностях, нефтепереработке. Однако открытым остаётся вопрос о том, как именно форма и состав поверхности наночастиц влияют на характеристики эмульсий. Для начала исследования отлично подходят наночастицы бёмита, форму и состав которых легко можно изменять, варьируя условия синтеза. Поэтому целью данной работы стало получение серии образцов бёмита и комплексное изучение влияния морфологии наночастиц бёмита на стабильность эмульсий Пикеринга. Для достижения цели методом гидротермального синтеза с применением различных кэппирующих агентов при различных значения рН были получены наночастицы бёмита различной морфологии и состава поверхности. Частицы были охарактеризованы методами РФА, ИК, ПЭМ, БЭТ, были определены значения угла смачивания, гидродинамические размеры частиц и ζ-потенциал. В зависимости от величины рН и типа агентов наночастицы имели различную форму от нанопластин до нанонитей с размерами от 12 до 106 нм. Для всех образцов наночастиц с использованием ультразвукового метода были получены эмульсии типа «масло в воде» с различными значениями рН водной фазы. Для полученных эмульсий определяли ζ-потенциал, а также с использованием оптического микроскопа определяли размеры капель эмульсии. В результате исследования влияния морфологии наночастиц бёмита на стабильность эмульсий Пикеринга было установлено, что с рост соотношения осей неорганических наночастиц-стабилизаторов увеличивается стабильность эмульсий. Для наиболее стабильного во времени образца было изучено влияние массы наночастиц на характеристики эмульсий и показано, что при увеличении массы частиц от 5 до 40 мг размер капель эмульсии увеличивался от 2,2 мкм до 3,7 мкм.

Inorganic nanoparticles are considered to be effective stabilizers of Pickering emulsions and find their application in food, cosmetic and pharmaceutical industries, oil recovery. However, there is still a question of how exactly the shape and surface composition of nanoparticles affect the characteristics of emulsions. To begin the study, boehmite nanoparticles, whose shape and composition can be easily changed by varying the synthesis conditions, are excellent. Therefore, the aim of this work was to obtain a series of boehmite samples and comprehensively study the influence of the morphology of boehmite nanoparticles on the stability of Pickering emulsions. To achieve the goal, boehmite nanoparticles of different morphology and surface composition were obtained by hydrothermal synthesis using different capping agents at different pH values. The particles were characterized by XRD, FTIR, TEM, and SSA methods, and the values of the contact angle, hydrodynamic dimensions of the particles, and the ζ-potential were determined. Depending on pH value and the type of agent, nanoparticles had different shapes ranging from nanoplates to nanofibers with sizes ranging from 12 to 106 nm. Oil-in-water emulsions with different pH values of the aqueous phase were obtained for all nanoparticle samples using the ultrasonic method. The ζ-potential was determined for the obtained emulsions, and the size of emulsion droplets was determined using an optical microscope. A study of the effect of the morphology of boehmite nanoparticles on the stability of Pickering emulsions found that the stability of the emulsions increased as the axis ratio of the inorganic nanoparticle stabilizers increased. For the most time stable sample, the effect of nanoparticle mass on emulsion characteristics was studied and it was shown that the emulsion droplet size increased from 2.2 μm to 3.7 μm as the particle mass increased from 5 to 40 mg.