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基本信息

項(xiàng)目名稱：
反應(yīng)型陽離子雙子(Gemini)表面活性劑的合成和性能評價(jià)
小類：
能源化工
簡介：
本研究合成了一種季銨鹽類陽離子雙子（Gemini）表面活性劑，并對其反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化選擇。 利用紅外光譜和元素分析表征了新化合物的結(jié)構(gòu)。 評價(jià)了該表面活性劑的表面活性，并與普通的陰離子表面活性劑進(jìn)行了復(fù)配性能研究，考察了其協(xié)同作用，得出該表面活性劑的性能優(yōu)良，適用范圍廣。
詳細(xì)介紹：
目前國內(nèi)對Gemini表面活性劑的研究還基本處在實(shí)驗(yàn)研究階段，其中關(guān)于反應(yīng)型Gemini表面活性劑的研究更少。反應(yīng)型表面活性劑是指帶有反應(yīng)基團(tuán)的表面活性劑，它能與所吸附的基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而永久地鍵合到基體表面，從而對基體發(fā)揮表面活性作用。本項(xiàng)目組通過自行設(shè)計(jì)目標(biāo)分子和合成路線，以長鏈烷基叔胺、環(huán)氧氯丙烷為原料，用一鍋煮的方法合成了目前文獻(xiàn)所沒有報(bào)道過的新產(chǎn)品——反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑（N,N,N’,N’-四羥乙基-N,N-二烷基-2-羥基丙二胺）。 利用紅外光譜和元素分析表征了新化合物的結(jié)構(gòu)， 并考察了該Gemini表面活性劑的基本理化性能，主要包括：表(界)面張力、臨界膠束濃度。并通過對所合成Gemini表面活性劑進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，降低使用成本和改善其應(yīng)用性能。用所選最優(yōu)復(fù)配配方進(jìn)行巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，驅(qū)替效果很好，可望成為提高石油采收率的新型驅(qū)油劑。 合成的帶有羥基的反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑，有良好的水溶性。經(jīng)過優(yōu)化的合成路線和工藝條件，簡化了合成步驟，兩步合成反應(yīng)得到目標(biāo)化合物，所用原料價(jià)廉、易得，可減少三廢污染，且反應(yīng)條件也比較溫和，每步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也較高,有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

作品圖片

  • 反應(yīng)型陽離子雙子(Gemini)表面活性劑的合成和性能評價(jià)
  • 反應(yīng)型陽離子雙子(Gemini)表面活性劑的合成和性能評價(jià)
  • 反應(yīng)型陽離子雙子(Gemini)表面活性劑的合成和性能評價(jià)
  • 反應(yīng)型陽離子雙子(Gemini)表面活性劑的合成和性能評價(jià)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

Gemini表面活性劑作為一種新型的表面活性劑，對其各項(xiàng)性能的研究倍受關(guān)注，但是關(guān)于反應(yīng)型Gemini表面活性劑的研究還較少。了解了聯(lián)接基的性質(zhì)和長短對Gemini表面活性劑的表面活性的重要影響，本研究的分子設(shè)計(jì)選擇以羥基作為聯(lián)接基的反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑，以增加聯(lián)接基的親水性，提高分子的水溶性。通過對其合成及表征，并對合成路線及其合成工藝條件進(jìn)行優(yōu)化研究，降低生產(chǎn)成本。通過對其表面活性的研究，為反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)，尤其是在改善原油附著吸附狀態(tài)、提高其采收率的應(yīng)用研究方面做出開拓性應(yīng)用研究。 創(chuàng)新點(diǎn)：目標(biāo)分子的合成路線為自行設(shè)計(jì)，產(chǎn)品是目前文獻(xiàn)所沒有報(bào)道過的新產(chǎn)品。 關(guān)鍵技術(shù) 1.以長鏈烷基叔胺、濃鹽酸、環(huán)氧氯丙烷為原料，用一鍋煮的方法合成聯(lián)接基含羥基的季銨鹽Gemini 表面活性劑，簡化合成步驟。 2.對合成反應(yīng)條件進(jìn)行選擇，優(yōu)化合成路線和合成工藝條件。 3.對所合成Gemini表面活性劑的表面活性進(jìn)行評價(jià)，并通過復(fù)配改善其應(yīng)用性能，為其進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用提供基礎(chǔ)。 4.通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評價(jià)其驅(qū)油效果。 主要技術(shù)指標(biāo) 1.成功合成目標(biāo)產(chǎn)物，對其進(jìn)行表征結(jié)果符合設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)特征。 2.對合成路線和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化結(jié)果，達(dá)到簡化合成步驟，降低成本的目的。 3.目標(biāo)產(chǎn)物的臨界膠束濃度（cmc）在10-4數(shù)量級，比同類陽離子表面活性劑的CMC低很多。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.本項(xiàng)目組通過自行設(shè)計(jì)目標(biāo)分子的合成路線，合成了目前文獻(xiàn)所沒有報(bào)道過的新產(chǎn)品——反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑（N,N,N’,N’-四羥乙基-N,N-二烷基-2-羥基丙二胺），它是帶有羥基的反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑，以提高Gemini表面活性劑的水溶性。 2.經(jīng)過優(yōu)化的合成路線和生產(chǎn)工藝，合成步驟比較簡單，兩步合成反應(yīng)得到目標(biāo)化合物，所用原料價(jià)廉、易得，可減少三廢污染，且反應(yīng)條件也比較溫和，每步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也較高，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 3.經(jīng)表面性能研究表明，該反應(yīng)型Gemini表面活性劑的表面性能優(yōu)良，且其與普通表面活性劑復(fù)配使用，有較好的協(xié)同效應(yīng)。 4.以長鏈烷基叔胺、濃鹽酸、環(huán)氧氯丙烷為原料，用一鍋煮的方法合成聯(lián)接基含羥基的季銨鹽Gemini 表面活性劑，分離提純較為簡單，產(chǎn)品產(chǎn)率有所提高。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010.11——至今，在成都理工大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過多次紅外光譜和元素分析表征，通過對測得譜圖和數(shù)據(jù)的分析，符合目標(biāo)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)特征。此外，還進(jìn)行了臨界膠束濃度（cmc）的測定，與普通的表面活性劑進(jìn)行了復(fù)配性能研究，考察其協(xié)同作用和通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評價(jià)了其驅(qū)油效果。 在2010-2011年度大學(xué)生課外科技立項(xiàng)結(jié)題答辯中，我們項(xiàng)目組得到了評委老師們的高度肯定，取得了本院前三名的好成績。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

采用成套設(shè)備引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓、完全轉(zhuǎn)讓、合作生產(chǎn)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

說明及特點(diǎn) 1. 以溴代烷和二乙醇胺為原料，以無水乙醇為溶劑,以無水碳酸鈉作為縛酸劑進(jìn)行叔胺化反應(yīng)。 2.以所得的二羥乙基長鏈?zhǔn)灏?，環(huán)氧氯丙烷，濃鹽酸為原料，合成產(chǎn)品。 優(yōu)勢 1.合成產(chǎn)品是一種新產(chǎn)品，其表面性能優(yōu)良，有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。 2.對合成反應(yīng)條件進(jìn)行選擇，得出了準(zhǔn)確的反應(yīng)條件指導(dǎo)生產(chǎn)。 應(yīng)用領(lǐng)域 合成的反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑因具有獨(dú)特的物化、表面性能，在驅(qū)油、殺菌緩蝕、助染、化合物分離與痕量分析、制備新材料、礦物浮選與污水治理等方面的應(yīng)用有顯著效果。 應(yīng)用前景 作為一類性能優(yōu)良的新型表面活性劑，Gemini表面活性劑具有廣泛的商業(yè)開發(fā)價(jià)值。目前國際上進(jìn)行Gemini表面活性劑商業(yè)化生產(chǎn)的公司很少，產(chǎn)量很低，價(jià)格十分昂貴。本項(xiàng)目組開發(fā)的高效廉價(jià)的反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑，具有優(yōu)良的表面性能，并且其與普通表面活性劑復(fù)配使用，有較好的協(xié)同效應(yīng)。因此，一定能夠找到更多的應(yīng)用和更大的市場。

同類課題研究水平概述

據(jù)資料報(bào)道，現(xiàn)在已合成了100余種結(jié)構(gòu)類型的Gemini表面活性劑。但根據(jù)作者搜集的資料歸納，大多數(shù)化合物無工業(yè)化價(jià)值，不是工藝路線長，就是原料昂貴，合成條件苛刻等，真正工業(yè)化的產(chǎn)品僅只有幾種。有關(guān)陽離子Gemini表面活性劑的合成方法及物化性能國內(nèi)外均有研究，但所報(bào)道的關(guān)于合成工藝條件方面的內(nèi)容過于寬泛和繁瑣，并且有很多Gemini表面活性劑的水溶性較差。 國外： 目前國際上進(jìn)行Gemini表面活性劑商業(yè)化生產(chǎn)的公司很少，產(chǎn)量很低，價(jià)格十分昂貴。 1991年，Menger合成了以剛性基團(tuán)聯(lián)接離子頭基的雙烷烴鏈表面活性劑，給這類型順序排列的兩親分子命名為:Gemini型表面活性劑，也就是雙子表面活性劑。從此這類表面活性劑有了合適的名稱，對此類表面活性劑研究的熱潮由此展開。同年，美國紐約州立大學(xué)Brooklyn學(xué)院的Rosen M J小組采納了“Gemini”的命名，并系統(tǒng)合成和研究了氧乙烯或氧丙烯柔性基團(tuán)聯(lián)接的Gemini表面活性劑。2001年，Menger等第一次合成了兩性Gemini表面活性劑，他們合成的分子一個(gè)極性頭為季銨鹽，另一個(gè)極性頭為磷酸根。 國內(nèi)： 目前國內(nèi)對Gemini表面活性劑的研究還基本處在實(shí)驗(yàn)研究階段，其中關(guān)于反應(yīng)型Gemini表面活性劑的研究更少。 國內(nèi)關(guān)于這一領(lǐng)域的最早報(bào)道是1997年王江等人率先合成了一種兩性Gemini表面活性劑并應(yīng)用在濃乳劑中，取得較好效果。2000年前后，趙劍曦相繼在《化學(xué)進(jìn)展》《日用化學(xué)工業(yè)》上發(fā)表綜述，詳細(xì)介紹了Gemini表面活性劑的研究進(jìn)展。由此國內(nèi)的許多研究小組開始關(guān)注并參與到此領(lǐng)域的研究之中。
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