临界胶束浓度(【北京化工大学吕超课题组】利用具有超低临界胶束浓度的聚集诱导发光表面活性剂实现微藻细胞絮凝过程荧光可视化)

临界胶束浓度
点击上方蓝字关注公众号
表面活性剂辅助的微藻细胞絮凝已经成微藻柴油工业中的一项重要技术。就目前发展情况而言,商业化的长链表面活性剂因其较低的临界胶束浓度而被广泛地用于微藻絮凝。尽管如此,这些长链表面活性剂的絮凝效果依旧不理想。
在本工作中,作者采用了一种具有超低临界胶束浓度(24 μM)的聚集诱导发光表面活性剂:四苯乙烯基十二烷基三甲基溴化铵(TPE-DTAB),实现了对小球藻的高效絮凝。此外,TPE-DTAB的聚集诱导发光性质实现了对絮凝过程的荧光可视化。该成果有助于深入理解微藻絮凝过程,为开发超低临界胶束浓度的表面活性剂用于微藻絮凝提供思路。对于传统表面活性剂而言,更长的链长意味着更低的临界胶束浓度。只有当表面活性剂的投料浓度高于临界胶束浓度时,由胶束引发的微藻絮凝才能实现。因此,为了减少表面活性剂的用量,微藻柴油工业中通常采用链长较长的表面活性剂引发絮凝。但即便采用十六烷基三甲基溴化铵,投料浓度仍需高于0.9 mM。如此高的投料浓度会导致资源的浪费以及环境的污染。而如果在表面活性剂的结构中加入超疏水基团,表面活性剂的临界胶束浓度浓度将会大幅降低。受此启发,如图1所示,作者采用课题组已合成的具有超低临界胶束浓度的表面活性剂TPE-DTAB(Nat Commun, 2016, 7, 11811?11817),实现了优于传统表面活性剂的高效絮凝。
图1. TPE-DTAB引发的高效微藻絮凝
利用激光共聚焦显微镜追踪TPE-DTAB的青色荧光以及微藻细胞内叶绿体的红色荧光,微藻絮凝过程的可视化得以实现。因为具有超低的临界胶束浓度,80 μM的TPE-DTAB在水溶液中形成大量胶束,这些带正电的胶束通过静电作用吸附到带负电的微藻表面。于是椭球状的TPE-DTAB胶束像胶水一样把微藻细胞粘连到一起而引发絮凝。如图2所示,原本均匀分散在水中的小球藻细胞逐渐聚集形成絮凝物。随着时间的推移,絮凝物的体积不断增大并最终从溶液中沉降下来,最终实现了高效的絮凝。
图2. 荧光可视化TPE-DTAB引发的微藻絮凝过程
此外,通过扫描电镜对微藻絮凝产物的表征,并结合三维荧光成像数据,作者发现TPE-DTAB的絮凝效果要比传统表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)更为高效。由于DTAB的烷基链疏水性较差,导致其临界胶束浓度偏高(11.5 mM)。然而DTAB的投料浓度即使超过临界胶束浓度,DTAB胶束松散的结构依旧无法将微藻细胞连接起来,絮凝效果也不理想。该结果进一步证明TPE-DTAB中四苯乙稀基的疏水结构导致的超低临界胶束浓度,是实现高效微藻絮凝的关键。基于此结论作者展望:合成具有更低临界胶束浓度的新型表面活性剂是未来进一步提高微藻絮凝效率的可靠途径。
图3. 扫描电镜表征不同表面活性剂引发的微藻絮凝产物:(a, b) TPE-DTAB; (c, d) 十二烷基三甲基溴化铵
这一成果近期发表在《Green Chemistry》上,文章的第一作者为北京化工大学Jinpan Zhong,本文的通讯作者为吕超教授。

文章作者:
Jinpan Zhong, Weijiang Guan and Chao Lu*
文章题目:
Surfactant-Assisted Algal Flocculation via
Aggregation-Induced Emission with Ultralow Critical Micelle Concentration
文章链接:
http://dx.doi.org/10.1039/C8GC00218E
DOI: 10.1039/C8GC00218E

 ? End ? 
编辑 | 郭佳丽

微信小助手:AIEWechat2018
欢迎关注“聚集诱导发光AIE”公众号,促进学术交流!

点击“阅读原文”跳转论文主页

临界胶束浓度相关文章

为您推荐