温度诱导的表面活性剂双水相的相倒置研究

摘要

在实验室工作积累的基础上，优化制备路线，合成6个季铵盐型阳离子表面活性剂，用元素分析、红外光谱和核磁共振等技术表征，并用电导法、表面张力法和等温滴定量热等方法测定它们的临界胶束浓度。较好的合成条件为:以丙酮为溶剂，控制反应温度在60℃左右，反应时间为5～6 h。通过重结晶提纯，真空干燥保存，防止表面活性剂吸水。
　　 分别以N-烷基-N,N-二（2-羟乙基）-N-甲基溴化铵(CnDHAB(n=12，14，16))、十二烷基硫酸钠(SDS)和氯化钠溶液为顶点，绘制了40℃时的三角相图，确定了各系统的阳离子表面活性剂过量的双水相(ATPS-C)相区，并观察到了一定组成的双水相系统中存在温度诱导的相倒置现象。选择三个特定组成的ATPS-C，比较系统地研究了相倒置现象发生前后共轭两相的基本性质、组分和微结构等。密度、粘度和界面张力测定显示，随着温度的升高，富含表面活性剂的相（富相）的密度比相应贫相的降低得快，导致了双水相相倒置现象的发生;在较低的温度范围内，富相粘度的降低速率显著大于贫相;在ATPS-C相倒置温度附近，共轭两相的密度差、粘度差，以及界面张力达到极小值。组分分析的结果表明，随着温度的升高，两相之间不断发生离子迁移，其中无机离子从富相转移到贫相的趋势较明显，表面活性剂离子则大部分仍然留在富相中;各离子对密度的贡献发生变化，是共轭两相密度随温度变化速率不同的内在原因。粘度测试、动态光散射和透射电镜分析显示，富相中表面活性剂网状结构和较大的表面活性剂聚集体随着温度的升高逐渐被破坏，形成了较小的球状胶束或者囊泡结构;在贫相中，倒置温度前大部分表面活性剂聚集体为无规则胶束，温度升高到倒置温度之后可以观察到囊泡的形成和囊泡聚集体。温度升高导致富相中密实的网状结构破坏，引起该相密度减小速率较快，以及较大的粘度减小速率。
　　 对于CnDHAB-SDS-NaCl系统的ATPS-C，在适当的条件下，固定系统中NaCl浓度、表面活性剂总浓度、阳离子/阴离子表面活性剂物质的量比等三个变量中的两个，只改变另一个变量，相倒置温度呈现出规律性的变化。实验结果表明，相倒置温度随着NaCl浓度增大而降低，随着表面活性剂总浓度增大而升高，随着阳离子表面活性剂/阴离子表面活性剂物质的量比增大而升高。阳离子表面活性剂疏水碳链长度和亲水头基数目对ATPS-C的相倒置温度有显著影响。相似条件下，相倒置温度高低顺序为C14DHAB-SDS-NaCl＞C12DHAB-SDS-NaCl＞C16DHAB-SDS-NaCl，阳离子表面活性剂的亲水头基中减少羟乙基会显著降低双水相系统的相倒置温度。
　　 采用紫外-可见吸收光谱法，初步研究了C12DHAB-SDS-NaCl双水相系统萃取结晶紫的效果及影响因素，包括阳离子/阴离子表面活性剂物质的量比、结晶紫浓度和温度等。结果表明，随着阳离子/阴离子表面活性剂物质的量的比增大，分配系数和萃取率先增大后减小;随着结晶紫浓度的增大，分配系数和萃取率都有所减小;随着温度的升高，分配系数和萃取率也都减小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 双水相

1．3 阴阳离子表面活性剂双水相

1．4 本论文的设想

第二章 部分阳离子表面活性剂的合成与性质

2．1 实验部分

2．2 合成及表征

2．3 表面活性剂CMC的测定

2．4 本章小结

第三章 温度诱导的表面活性剂双水相倒置现象观测

3．1 实验部分

3．2 结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 表面活性剂双水相相倒置温度的确定和影响因素

4．1 实验部分

4．2 结果与讨论

4．3 本章小结

第五章 表面活性剂双水相的萃取应用

5．1 实验部分

5．2 结果与讨论

5．3 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

硕士期间科研成果

致谢

附录