液膜反应合成：无添加剂调控BaSO4纳米颗粒形貌的绿色平台及其分离应用潜力

《Separation and Purification Technology》：Liquid film reaction synthesis: green platform for additive-free BaSO4 nanoparticles morphology control

本文推荐一种创新的液膜反应合成（LFRS）技术，通过玻璃珠循环转移实现Ba2+/SO42?在微米级液膜中的可控反应，突破传统合成法对表面活性剂的依赖。该技术通过液膜厚度、珠粒尺寸等参数精准调控BaSO4纳米颗粒形貌（纳米圆盘/椭圆片）与尺寸（100-500 nm），为环境修复和生物分离领域提供了绿色、可扩展的纳米材料制备新策略。

　　

Section snippets

Theory

在结晶过程中，过饱和度（S_BaSO4）是驱动成核和生长的关键热力学参数，直接决定纳米颗粒的尺寸分布和形貌。自由离子比（R）进一步调控离子浓度平衡，影响表面电荷和聚集行为。对于BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl 反应体系，过饱和度和自由离子比的理论推导与计算方法为形貌控制提供了理论基础。

Materials

硫酸钠（纯度>99.5%）购自北京百灵威科技有限公司，氯化钡（纯度>99.7%）由J&K Scientific Ltd.提供。实验使用去离子水（电导率<0.5 μS/cm）均由实验室自制。

Preparation of barium sulfate (BaSO₄) nanoparticles via LFRS method

BaSO₄纳米颗粒合成过程如图1所示。室温下配制硫酸钠（Na₂SO₄）和氯化钡（BaCl₂）水溶液，通过玻璃珠在两种溶液间的循环转移，使液膜中发生反应，实现纳米颗粒的定向生长。

Results and discussions

LFRS方法通过玻璃珠在BaCl₂和Na₂SO₄溶液间的动态循环，将均相沉淀反应解耦为离散的液膜反应。通过调控液膜与体相的接触扩散，实现了BaSO₄颗粒成核与生长动力学的定向控制。重点揭示了循环次数、珠粒尺寸（1-2 mm玻璃珠形成圆形纳米盘，3-4 mm珠形成椭圆片）等参数对形貌的调控规律，阐明界面曲率和膜稳定性对颗粒演化的关键作用。

Conclusion

本研究提出的LFRS技术通过液膜循环转移实现了BaSO₄颗粒形貌与尺寸的无表面活性剂调控。循环次数驱动单分散纳米盘向双峰分布转变，珠粒尺寸通过界面曲率调控形貌演变，为分离技术提供了形貌可定制的纳米材料制备平台。该绿色合成策略对环境修复和生物加工领域的分离效率优化具有重要启示。