无表面活性剂条件下通过二级膜乳化连续制备稳定水包油乳液

本研究针对传统乳液制备需依赖表面活性剂导致的配方复杂及环境风险问题，开发了一种基于二级膜乳化（结合cross-flow与premix技术）的连续化制备系统。该系统通过调控膜孔径、润湿性及初级乳液参数，成功实现无表面活性剂条件下稳定水包油乳液（O/W）的12小时连续生产，液滴尺寸显著减小且稳定性达10分钟，并拓展至Janus乳液制备，为绿色乳化技术提供新范式。

　　

在食品、化妆品和制药等行业中，乳液（emulsions）作为两种不相溶液体的混合体系，其稳定性始终是核心挑战。传统方法依赖表面活性剂（surfactants）降低界面张力，但这类添加剂不仅增加配方复杂性，还可能影响催化反应并造成环境残留。更棘手的是，无表面活性剂的乳液往往需依赖特定体系特性（如高粘度连续相或带电分散相）维持稳定，普适性差。如何实现绿色、通用且连续的稳定乳液制备，成为横亘在学术界与工业界面前的难题。

南京工业大学的研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地将两种膜乳化技术——错流膜乳化（cross-flow membrane emulsification）和预混膜乳化（premix membrane emulsification）——串联成二级系统。该系统首级模块通过错流剪切生成初级乳液，次级模块利用微孔膜进一步破碎液滴，最终在无表面活性剂条件下实现液滴尺寸可控的连续化生产。关键技术包括陶瓷膜（平均孔径100-500 nm）的筛选、跨膜压力调控，以及通过磁力泵（16CQ-8）与恒流泵（P3000）构建的闭环流体系统。

膜孔径对次级乳液的影响
采用100 nm、200 nm和500 nm单通道陶瓷膜的对比实验表明，次级乳液液滴直径D_x(50)随膜孔径增大而增加。100 nm膜制备的乳液D_x(50)仅为1.2 μm，且分布最窄，验证了小孔径膜对液滴均一性的提升作用。

系统稳定性验证
12小时连续运行中，乳液特性参数波动小于5%，磁力泵与恒流泵的协同作用保障了流量稳定性（25-250 L·h^–1）。所得乳液在无表面活性剂条件下可维持10分钟稳定，远超初级乳液的分离时间。

Janus乳液拓展应用
通过调控两相流速比（3:1），系统成功制备出内相形态均一的Janus乳液，证明该技术对复杂乳液体系的适用性。

这项研究的意义在于突破了无表面活性剂乳液制备的连续性瓶颈，其模块化设计可直接对接工业化生产。二级膜乳化系统通过物理手段（而非化学添加剂）实现液滴尺寸精准控制，不仅响应了绿色化学号召，更为药物载体、食品级乳液等敏感领域提供了新工具。研究团队特别指出，未来可通过优化膜表面润湿性（wettability）和引入电场辅助，进一步缩短液滴破碎的能耗阈值。