固体酸催化合成缩醛型聚醚及其水解、生物降解性能研究

摘要

制备了三种Zr:Ti分别为1:2、1:3、1:4的TiO<,2>-ZrO<,2>/SO<,4><'2->型固体超强酸.测得其Hammett酸度值均小于-14.52.以这三种固体超强酸为催化剂,二乙二醇丁醚与多聚甲醛缩合生成二乙二醇丁醚缩甲醛为探针反应,设计正交实验,得到最佳反应条件.采用最佳工艺条件合成了O-9、O-15、O-20缩甲醛三种分子量较大的缩醛型聚醚,产率分别为88.6％、81.9％、75％.同原料聚醚相比,缩醛型聚醚浊点降低,表面张力、黏度增大,泡沫性和乳化性变好.随着分子中EO数的增加,缩醛型聚醚的浊点提高,泡沫高度增加,黏度增大,表面张力增加,乳化性降低.与分子量相近的聚醚表面活性剂相比,缩醛型聚醚具有较低的表面张力,低泡性和更优良的乳化性.研究了三种缩醛型聚醚的水解性能:O-9缩甲醛经乳化剂乳化后的水解速度比不乳化直接水解时快近20倍,而O-15缩甲醛和O-20缩甲醛经乳化剂乳化后水解速度只提高1.4到2.38倍.再选用性能更好的乳化剂(O-9),三者速度均可再提高1.14到1.31倍.pH值一定时,随着温度的增加,缩醛的水解速率总体上是加快的.pH值较高时,水解速率在高温段变化明显,pH值较低时,水解速率在低温段变化明显.比较了O-9缩甲醛、O-20缩甲醛、水解后的O-20缩甲醛生物降解情况:降解后三个体系中的pH值均有所下降,未经水解的体系pH值由7下降到5.5,水解体系的pH值由9下降到6.5.考察O-20缩甲醛水解体系和未水解体系的浊度变化,前者的浊度明显大于后者.降解速率为:水解后的O-20缩甲醛降解最快,未经水解的O-20缩甲醛的降解速率次之,O-9缩甲醛降解最慢.确立了降解反应为一级动力学反应,推出了动力学方程.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1表面活性剂绿色化学的研究现状及方向

1.2可降解表面活性剂的发展状况

1.3缩醛型可降解表面活性剂

1.3.1环缩醛型表面活性剂

1.3.2链状缩醛

1.4链状缩醛的制备方法

1.5合成缩醛常用的酸催化剂及存在的问题

1.6固体超强酸的研究概况

1.6.1固体超强酸的种类

1.6.2固体酸催化合成缩醛

1.7课题研究的内容及意义

1.7.1课题研究的内容

1.7.2课题研究的意义

第二章基础理论

2.1固体催化剂的制备

2.1.1固体超强酸的制备方法

2.1.2影响固体超强酸活性的因素

2.2醛与醇的加成反应

2.2.1醛加成反应

2.2.2影响羰基亲核加成反应的主要因素

2.2.3醇与羰基的加成反应原理

2.3可能发生的副反应

2.3.1醇脱水反应

2.3.2醇醛缩合

2.4缩醛的水解机理

2.4.1缩醛水解为半缩醛

2.4.2半缩醛水解

2.5表面活性剂的生物降解

2.5.1生物降解方式

2.5.2生物降解机理

2.5.3生物降解的方法

第三章实验部分

3.1实验仪器和试剂

3.1.1主要仪器

3.1.2主要试剂

3.2催化剂的合成与表征

3.2.1固体超强酸TiO2-ZrO2/SO42-的制备

3.2.2催化剂酸度的测定

3.2.3催化剂结构的测定

3.3二乙二醇丁醚缩甲醛的合成

3.4脂肪醇聚氧乙烯醚中活性物的萃取分离

3.5缩醛型聚醚的合成

3.6表面性能的测试

3.7缩醛型聚醚水解性能的测试

3.7.1水解测试方法

3.7.2标准曲线的绘制

3.8缩醛型聚醚生物降解性能测试

3.8.1基础培养基溶液的配制

3.8.2菌种的驯化

3.8.3生物降解实验

3.8.4非离子表面活性剂的定量

第四章催化剂的制备及最佳工艺的确定

4.1 ZrO2-TiO2/SO42-型固体超强酸

4.1.1酸强度的测定

4.1.2催化剂结构的确定

4.2缩醛型聚醚合成

4.2.1最佳工艺的确定

4.2.2各因素对缩醛化程度的影响

4.2.3催化剂可重复使用性测试

4.2.4产品结构的确定

3小结

第五章缩醛型聚醚的合成及性能测试

5.1缩醛化程度的评价

5.2缩醛型聚醚的表面性能

5.2.1浊点

5.2.2表面张力

5.2.3黏度

5.2.4泡沫性

5.2.5乳化性

5.2.6 O-9缩甲醛与O-20的性能比较

5.3小结

第六章缩醛型聚醚的水解性能

6.1缩醛酸性水解动力学

6.2各因素对缩醛水解速率的影响

6.2.1水溶性对水解速率的影响

6.2.2温度对水解的影响

6.2.3 pH值对水解的影响

6.2.4缩醛结构对水解情况的影响

6.3小结

第七章缩醛型聚醚的生物降解性

7.1降解条件的确定

7.1.1样品的投入量

7.1.2降解温度的确定

7.1.3pH值确定

7.2微生物的生长代谢改变培养液的pH环境

7.3浊度变化反映微生物的生长情况

7.4缩醛生物降解动力学的研究

7.4.1生物降解动力学模型的建立

7.4.2试验数据的拟合

7.5各因素对缩醛生物降解的影响

7.5.1分子量的不同对缩醛生物降解的影响

7.5.2水解对生物降解的影响

7.5.3结构对生物降解的影响

7.6小结

第八章结论

致谢

参考文献

天津工业大学研究生学位论文附件(随论文附)