表面活性剂与有机盐及聚电解质的相互作用及其应用

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表面活性剂具有优异的物理化学性能,被广泛应用于生产和生活的各个方面。利用构-效关系合成新型的表面活性剂分子,或者向表面活性剂体系中加入无机盐、有机盐及聚合物等添加剂能够显著提高表面活性剂的物化性能和实际应用性能。因此,充分理解表面活性剂分子与有机盐及聚合物的作用过程和作用机理具有重要的理论和实际意义。本论文主要研究了表面活性剂与有机盐、聚合物的相互作用机理,进而探讨研究了表面活性剂形成的液液相分离体系在染料废水处理中的应用,取得了以下主要研究进展:  1.研究了离子络合剂EDTA与季铵盐Gemini表面活性剂(12-6-12)混合体系中的分子间相互作用和聚集行为以及钙离子的影响,发现EDTA/12-6-12随着浓度的增加经历了网状聚集体到球形胶束的转变,通过选择合适的钙离子浓度和混合比例,可以诱导网状聚集体及胶束转变为囊泡。在水溶液中EDTA与12-6-12以1∶2的比例结合形成类寡聚复合物EDTA(12-6-12)2,混合体系有两个临界聚集浓度C1和C2。当12-6-12浓度小于C1时,EDTA(12-6-12)2通过疏水尾链的相互交联形成无规网状的预胶束结构;当12-6-12浓度高于C2时,EDTA(12-6-12)2形成半径为3nm左右的球形胶束;在C1和C2之间,体系经历了网状结构到胶束的转变过程。钙离子的加入诱导EDTA(12-6-12)2形成的网状聚集体及胶束转变为囊泡。这些聚集体的转变来源于EDTA的桥联作用、钙离子与EDTA的配位作用、静电相互作用以及12-6-12分子间的疏水相互作用等,这些作用共同促进了表面活性剂分子的聚集。  2.研究了阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂(12-6-12)与水解聚丙烯酰胺(PAM)在pH7.0条件下形成液液相分离的临界条件以及凝聚相对于阴离子型染料甲基橙(MO)的富集能力,结果表明,凝聚相能够高效、选择性地提取水溶液中的MO,且液液相分离体系改性的石英砂及密胺泡沫对甲基橙具有较好的吸附效果,调节溶液pH可以实现染料分子及固定相的循环利用。当PAM浓度大于0.05wt%时,12-6-12/PAM混合体系能够在较宽的浓度范围内形成液液相分离。固定PAM的浓度,随着表面活性剂浓度的增加,12-6-12与PAM的作用方式分别为单体与PAM结合、胶束与PAM形成复合物、液液相分离以及液液相分离的溶解。凝聚相具有三维网状结构,可以通过疏水相互作用、静电相互作用、π-阳离子相互作用等高效地提取MO,并且,在阳离子型染料亚甲基蓝MB存在时,凝聚相能够选择性地提取MO。12-6-12/PAM液液相分离体系非共价改性的石英砂及密胺泡沫对甲基橙具有较好的吸附效果,吸附动力学曲线符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型。  3.采用基于亚胺键的动态共价表面活性剂与水解聚丙烯酰胺(PAM)构筑了液液相分离体系,利用其pH响应性,实现了凝聚相对于阴离子型染料刚果红(CR)的提取及释放以及表面活性剂/PAM的可重复利用。4-甲酰基-N,N,N-三甲基苯基碘化铵(FBA)和不同碳链长度的脂肪胺(C7A,C8A)在碱性条件下通过希夫碱反应形成阳离子单链表面活性剂,调节溶液pH值在酸性碱性条件之间的转换可以实现表面活性剂胶束与游离的醛基片段及脂肪胺片段的可逆转变。PAM与动态共价表面活性剂混合体系能够在较宽的表面活性剂和聚合物浓度范围内形成液液相分离。当CR浓度在0-1mM范围内,凝聚相的三维网状结构通过疏水相互作用、静电相互作用、π-π相互作用等多种作用方式富集染料分子,提取效率高达98%。调节体系pH值到酸性,表面活性剂分子中亚胺键断裂,液液相分离被破坏,凝聚相中的各组分存在于澄清溶液中,此时CR由于磺酸基团质子化以紫黑色沉淀形式析出。此方法使得染料分子、动态共价表面活性剂、聚电解质的都可以回收利用,故而在染料废水处理方面具有潜在的应用价值。
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