[0001] 本发明涉及乳化剂技术领域，具体涉及一种二氧化硅多级孔纳米片作为乳化剂在稳定皮克林乳液中的应用。

[0002] 近年来，纳米材料技术快速发展，纳米材料因其独特的纳米结构、稳定的物理化学性质、特殊的纳米效应被广泛应用于工业催化、电子传感、物化吸附、电化学、生物分离、药物缓释等方面。具有特殊微观结构和性能的多孔纳米材料一直是纳米材料领域中重要的研究方向，它具有孔隙率高、比表面积大、性质稳定、低成本、亲水性良好、无毒等特点，在催化、吸附、传感、药物传输和纳米反应器等领域具有广阔的应用前景。(Schacht S.,Huo Q.,Voigt‑Martin I.G.,et al.Science,1996,273,768‑771；Zhao D.,Yang P.,Margolese D.I.,et al.Chem.Commun.,1998,22,2499‑2500；Wu Y.,Cheng G.,Katsov K.,et al.Nature materials,2004,3,816‑822)。

[0003] 其中，多孔纳米片由于其独特的层状结构，具有极高的比表面积、丰富的表面活性位点而备受关注。在孔道多样性上，涵盖微孔、介孔和大孔的多级孔纳米材料是弥补介孔材料不足的创新性材料。因此，多级孔纳米片聚集了有序孔道、多级孔径、单层形貌、纳米尺寸等多方面的性能优势，将在纳米催化、电容器、传感器等方面表现出巨大的应用前景。

[0004] 多级孔纳米片作为固体颗粒可以稳定皮克林(Pickering)乳液，用于多相乳液的酶催化反应，其与表面活性剂稳定的乳液相比具有如下优势：皮克林乳液所需的乳化剂用量远远低于表面活性剂用量；部分固体颗粒具有pH或温度响应性，可通过改变环境条件实现乳化剂的分离回收；固体颗粒乳化剂对人体和环境的毒害作用远小于表面活性剂；皮克林乳液体系不易受外界酸碱性、盐浓度、温度及油相组成的影响，具有更强的稳定性；表面活性剂无论是分子表面活性剂还是其它聚合物，都会影响酶的活性，而固体颗粒不会影响酶的活性。

[0005] 此外，多级孔纳米片稳定的皮克林乳液，多级孔纳米片不会将两相界面完全覆盖，使两相能够得到足够的接触，有利于多相体系中的物质传递，进而提高反应转化率；多级孔纳米片上的多级孔道既可以增加多相中的物质传输，也可以选择性的阻碍/通过特定物质，进而大大提高反应选择性。

[0006] 然而，目前国际上关于纳米片的制备研究还仅限于介孔二氧化硅纳米片(Li W.,Zhao D.,Chem.Commun.,2013,49,943‑946；Zhao T.,Elzatahry A.,Li X.,Zhao D.,Nature ReviewsMaterials,2019,4,775–791)，其制备过程非常繁琐、耗时长、产率极低，制备出的介孔二氧化硅材料孔径小而单一，完全不能满足工业催化的理想要求。因此，开发一种简便、高效的二氧化硅多级孔纳米片的制备方法并用于稳定皮克林乳液进行多相催化具有重大的研究价值和实用价值，且目前国际上未有关于多级孔纳米片及其稳定皮克林乳液进行多相催化的研究报道。

[0034] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0035] 实施例1

[0036] 配制三个相同组分的乳液。将5g苯乙烯‑马来酸酐共聚物的钠盐水解物溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g正硅酸甲酯溶解到20g甲苯中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用25wt％浓氨水将上述乳液pH值调至10。将三个乳液分别置于0℃、15℃、30℃水浴中，恒温反应12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到不同形貌结构的二氧化硅纳米片，二氧化硅纳米片的扫描电镜照片见图1。将得到的三种二氧化硅纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将5mL水、5mL癸烷、1wt％的三种二氧化硅纳米片混合，漩涡混合后形成乳液，所对应的显微镜照片见图2，可见随着二氧化硅纳米片上孔道尺寸的增大，所形成乳液的尺寸降低，乳化性能提高。

[0037] 实施例2

[0038] 将5g苯乙烯‑马来酸酐共聚物的钠盐水解物溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g正硅酸甲酯溶解到20g甲苯中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度
20000rpm，乳化时间5min。用25wt％浓氨水将上述乳液pH值调至10，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片，该二氧化硅多级孔纳米片的透射电镜照片见图3。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将1mL1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L己酸己酯、1mL甲苯和1wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。己酸己酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余己酸己酯的物质的量/起始己酸己酯的物质的量)×100，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后己酸己酯的转化率达到98％。

[0039] 实施例3

[0040] 将5g十二烷基硫酸钠溶解到100mL水中，20℃下混合均匀。将2.0g正硅酸乙酯溶解到20g石蜡中，20℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用2mol/L盐酸将上述乳液的pH值调至2.5，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应
12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片，该二氧化硅多级孔纳米片的孔径分布曲线见图4。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将2mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、
0.4mol/L亚麻酸植物甾醇酯、2mL辛烷和2wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。亚麻酸植物甾醇酯的转化率(mol ％)＝(1‑剩余亚麻酸植物甾醇酯的物质的量/起始亚麻酸植物甾醇酯的物质的量)×100，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后亚麻酸植物甾醇酯的转化率达到96％。

[0041] 实施例4

[0042] 将5g聚乙烯基苯磺酸钠溶解到100mL水中，30℃下混合均匀。将2.0gN‑苯基‑3‑氨基丙基三甲氧基硅烷溶解到20g四氯化碳中，30℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用25wt％浓氨水将上述乳液pH值调至10，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在
400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将3mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L油酸戊醇酯、3mL庚烷和3wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。油酸戊醇酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余油酸戊醇酯的物质的量/起始油酸戊醇酯的物质的量)×100，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后油酸戊醇酯的转化率达到97％。

[0043] 实施例5

[0044] 将5gSpan 80溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g三乙酰氧基乙烯基硅烷溶解到20g环己烷中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用2mol/L盐酸将上述乳液的pH值调至2.5，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将4mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L三丁酸甘油酯、4mL环己烷和4wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。反应1‑24小时后取1μL油相进行气相色谱分析并计算转化率，反应物三丁酸甘油酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余三丁酸甘油酯的物质的量/起始三丁酸甘油酯的物质的量)×100。自由酶的催化对比实验利用不含二氧化硅多级孔纳米片的水和环己烷两相中酶催化三丁酸甘油酯水解反应测得，反应条件和载酶皮克林乳液催化实验相同。酶催化三丁酸甘油酯水解的转化率曲线见图5，从图中可知，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后三丁酸甘油酯的转化率达到92％，在同样的反应条件下，自由酶的催化转化率仅接近50％。

[0045] 实施例6

[0046] 将5gTween 80溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g辛基三乙氧基硅烷溶解到20g乙酸乙酯中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用25wt％浓氨水将上述乳液pH值调至10，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应12h。
反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将5mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L对硝基苯丁酸酯、5mL乙酸乙酯和5wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。反应12小时后取1μL油相进行气相色谱分析并计算转化率，以此为第1次反应循环。而后终止反应并去除乙酸乙酯，加入新的对硝基苯丁酸酯和新的乙酸乙酯后重新反应，反应条件不变，记为第2次反应循环，以此类推。酶的相对活性(％)＝该次反应循环的对硝基苯丁酸酯转化率/首次反应循环的对硝基苯丁酸酯转化率×
100。反应物对硝基苯丁酸酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余对硝基苯丁酸酯的物质的量/起始对硝基苯丁酸酯的物质的量)×100。酶催化对硝基苯丁酸酯水解的循环性能图见图6，从图中可知，载酶皮克林乳液催化体系经过8次反应循环后，酶的相对活性在90％以上。

[0047] 实施例7

[0048] 将5g Triton X‑100溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g正硅酸乙酯溶解到20g甲苯中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用2mol/L盐酸将上述乳液的pH值调至2.5，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应
12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。将6mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L4‑甲基‑2‑戊醇乙酸酯、6mL癸烷和6wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。4‑甲基‑2‑戊醇乙酸酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余4‑甲基‑2‑戊醇乙酸酯的物质的量/起始4‑甲基‑2‑戊醇乙酸酯的物质的量)×100，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后4‑甲基‑2‑戊醇乙酸酯的转化率达到93％。

[0049] 实施例8

[0050] 将5g OP‑10溶解到100mL水中，10℃下混合均匀。将2.0g正硅酸甲酯溶解到20g辛烷中，10℃下混合均匀。将水相和油相均质乳化，均质速度20000rpm，乳化时间5min。用25wt％浓氨水将上述乳液pH值调至10，并将该乳液置于30℃水浴中，恒温反应12h。反应体系冷却至室温，经抽滤、洗涤、干燥、粉碎后得到二氧化硅多级孔纳米片。将得到的二氧化硅多级孔纳米片分别用去离子水和乙醇反复离心洗涤或在400℃‑500℃焙烧以除去乳化剂。
将7mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L4‑苯基‑2‑丁醇乙酸酯、7mL二氯乙烷和7wt％二氧化硅多级孔纳米片混合，漩涡混合后形成皮克林乳液。将得到的载酶皮克林乳液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。4‑苯基‑2‑丁醇乙酸酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余4‑苯基‑2‑丁醇乙酸酯的物质的量/起始4‑苯基‑2‑丁醇乙酸酯的物质的量)×100，载酶皮克林乳液催化体系在反应12小时后4‑苯基‑2‑丁醇乙酸酯的转化率达到95％。

[0051] 对比例

[0052] 将4mL 1.0mg/mL脂肪酶溶液、0.4mol/L三丁酸甘油酯和4mL环己烷混合均匀。将得到的混合液置于摇床中，转速100rpm，37℃下进行酶催化反应。反应1‑24小时后取1μL油相进行气相色谱分析并计算转化率，三丁酸甘油酯的转化率(mol％)＝(1‑剩余三丁酸甘油酯的物质的量/起始三丁酸甘油酯的物质的量)×100。该脂肪酶催化三丁酸甘油酯水解的转化率曲线见图5，该脂肪酶催化体系在反应12小时后三丁酸甘油酯的转化率接近50％。

[0053] 酶作为一种绿色催化剂，由于其反应专一性和反应条件温和，可以催化很多重要的化学反应。酶在水溶液中具有较高的催化活性，然而通常情况下化学反应的反应底物为油溶性物质，这需要酶长期直接接触有机溶剂，往往导致酶失活，使其催化活性降低。解决这一问题的方法是构筑水油乳液，将反应物溶于油相，将酶分散在水相中避免与有机溶剂(油相)直接接触。在构筑乳液时，分子表面活性剂会影响酶的活性，且为进一步酶的回收来困难，固体颗粒稳定的皮克林乳液则可以克服这样的缺点。由二氧化硅多级孔纳米片稳定的皮克林乳液除了可以提供大的相界面接触反应面积外，二氧化硅多级孔纳米片上存在的大量中孔和大孔孔道还可以提供额外的物质传输快速通道，为大分子量的化学反应提供便利，进而提高反应效率。