松香基双子表面活性剂合成及纳米材料制备

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本文以松香为原料制备了四种双子表面活性剂,并初步探讨了以松香衍生物基表面活性剂作为模板制备纳米、介孔材料的方法与性能。论文主要分为两部分。第一部分为松香衍生物基双子表面活性剂的制备及分析,取得的研究结果如下:(1)以松香酸、环氧氯丙烷、四甲基乙二胺为原料,合成了四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂Ⅰ,FTIR确证其结构:经单因素实验确定合成目标产物的较佳条件为:摩尔比2.2:1,反应温度85℃,反应时间20h,制备的产物得率为76.70%,纯度为96.10%;(2)通过化学合成的方法,分别以松香和脱氢松香为原料,并以四甲基丙二胺为联接基:制备了四甲基丙二胺-二松香基双子表面活性剂Ⅱ,得率为70.5%,纯度为95.5%;四甲基丙二胺基-二脱氢松香基双子表面活性剂Ⅲ,得率为71.0%;纯度为95.9%:(3)以松香酸和脱氢松香为原料,通过酰氯化、酰胺化、成盐的化学方法合成了乙二胺-二松香酰甘氨酸双子表面活性剂Ⅳ和乙二胺-二脱氢松香酰甘氨酸双子表面活性剂,采用FTIR和1HNMR确证了目标产物的结构;(4)表面活性分析结果表明:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的CMC值分别为1.42×104mol/L、4×10-4mol/L、6×10-4和5×10-4mol/L,对应的Ycmc分别为36.69mN·m-1、37.35mN·m-1、36.63mN·m-1、34.208mN/m;计算pC20值分别为4.15、4.43、4.45和3.81:乳化时间分别为:16min、20min、25min和2.5h; Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与阴离子相溶性好,Ⅳ与阴阳离子的相溶性皆好。第二部分为纳米(介孔)材料的制备及分析,取得的研究结果如下:(1)以钛酸四丁酯为原料,以乙二胺-二脱氢松香酰甘氨酸双子表面活性剂为模板,通过水热合成的方法制备了三种纳米二氧化钛:Tio(未加表面活性剂)、Tio.5(加入0.5g表面活性剂)、Ti1.o(加入1.0g表面活性剂);XRD、SEM、TEM分析结果表明:Ti0、Ti0.5、Ti1.0皆为锐钛矿型结构,Ti10的分散性强于Ti0和Ti0.5,且无团聚现象,其粒径约为8.81nm;通过光催化降解RhB实验结果表明:Ti1.0的光催化活性优于Ti0、Ti0.5,且在3h时Ti1.0对RhB的光催化降解率为99.7%,几乎降解完全。(2)两种二氧化硅的制备:①以双子表面活性剂Ⅳ为模板,正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅材料,经TEM及XRD分析结果表明二氧化硅为纳米颗粒构成的多孔材料,为无定形结构;经氮气吸附-脱附实验分析其比表面积和累积孔体积分别为116.83m2/g、0.45cm3/g,平均孔径约为15.31nm。②以双子表面活性剂Ⅱ为模板,正硅酸乙酯为原料,采用微乳液法制备了介孔二氧化硅材料,经TEM及XRD分析结果表明二氧化硅为纳米颗粒构成的介孔材料,为无定形结构;经氮气吸附-脱附分析其比表面积和累积孔体积分别为928.10m2/g、1.04cm3/g,平均孔径约为4.49nm。(3)两种碳酸钙的制备:①以碳酸钠和氯化钙为原料,以磺化脱氢松香酸二钠盐为模板,以油酸为有机质制备了疏水性碳酸钙。经TEM分析得到碳酸钙颗粒为纳米棒状结构,其平均粒径约为64.4nm;XRD分析可知碳酸钙晶型为方解石型。经FTIR分析表明有机酸已成功接上,与水的接触角约为117.49°;②以磺化脱氢松香酸单钠盐为模板,以油酸为有机质制备了疏水性碳酸钙,经SEM及TEM分析其为空心球形结构,球形粒径约为2-3μm,空心直径小于为1μm;XRD分析其为球霰石型与方解石型混合晶型,摩尔含量分别为81.1%和8.9%;经FTIR及TG分析,表明有机质油酸已经成功对碳酸钙表面进行了修饰,其与水的接触角测定值约为95°,两种碳酸钙皆达到了疏水性的特点。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
1 绪论第15-34页
    1.1 课题背景第15-16页
    1.2 表面活性剂简介第16-23页
        1.2.1 表面活性剂的类型第16-18页
        1.2.2 表面活性剂的应用第18页
        1.2.3 表面活性剂的发展方向第18-19页
        1.2.4 双表面活性剂的发展历史第19页
        1.2.5 双子表面活性剂的应用第19-20页
        1.2.6 松香简介第20-22页
        1.2.7 松香在表面活性剂中的应用第22-23页
    1.3 纳米材料第23-31页
        1.3.1 纳米材料的特性与应用第23-24页
        1.3.2 纳米二氧化钛简介第24-25页
        1.3.3 纳米碳酸钙简介第25-27页
        1.3.4 纳米二氧化硅的简介第27-28页
        1.3.5 介孔材料简介第28-29页
        1.3.6 介孔二氧化硅材料第29-30页
        1.3.7 介孔二氧化硅的应用第30-31页
    1.4 选题目的和意义第31-33页
    1.5 实验总体设计第33-34页
2 松香衍生物基双子表面活性剂的制备及性能分析第34-70页
    2.1 引言第34页
    2.2 四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂的合成研究第34-46页
        2.2.1 实验部分第34-37页
        2.2.2 松香的酯化反应产物结构分析第37-38页
        2.2.3 四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂合成条件分析第38页
        2.2.4 四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂的合成第38-41页
        2.2.5 四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂的结构分析第41页
        2.2.6 四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂的性能分析第41-46页
    2.3 四甲基丙二胺基-二松香基双子表面活性剂的合成研究第46-52页
        2.3.1 实验部分第46-48页
        2.3.2 四甲基丙二胺基-二松香基双子表面活性剂的结构分析第48页
        2.3.3 四甲基丙二胺基-二松香基双子表面活性剂的性能研究第48-52页
    2.4 四甲基丙二胺基-二脱氢松香基双子表面活性剂的合成研究第52-58页
        2.4.1 实验部分第52-54页
        2.4.2 四甲基丙二胺基-二脱氢松香基双子表面活性剂的结构分析第54-55页
        2.4.3 四甲基丙二胺基-二脱氢松香基双子表面活性剂的性能分析第55-58页
    2.5 乙二胺基-二松香酸甘氨酸酯双子表面活性剂的合成研究第58-67页
        2.5.1 实验部分第58-62页
        2.5.2 松香酰氯合成条件的确定第62-63页
        2.5.3 乙二胺基-二松香酰甘氨酸酯双子表面活性剂的性能分析第63-65页
        2.5.4 乙二胺基-二松香酸甘氨酰酯双子表面活性剂的性能分析第65-67页
    2.6 本章小结第67-70页
3 以乙二胺基-二脱氢松香酰甘氨酸酯双子表面活性剂为模板制备纳米二氧化钛第70-81页
    3.1 引言第70页
    3.2 实验部分第70-72页
        3.2.1 原料及仪器第70-71页
        3.2.2 纳米二氧化钛制备方法第71-72页
        3.2.3 纳米二氧化钛结构分析方法第72页
        3.2.4 纳米二氧化钛的光催化活性分析方法第72页
    3.3 结果与讨论第72-80页
        3.3.1 二氧化钛的水热合成机理第72-73页
        3.3.2 纳米二氧化钛的结构表征第73-78页
        3.3.3 纳米二氧化钛的光催化活性分析第78-80页
    3.4 本章小结第80-81页
4 以松香基双子表面活性剂为模板制备多孔与介孔二氧化硅第81-95页
    4.1 引言第81页
    4.2 以乙二胺基-二松香酰甘氨酸酯双子表面活性剂为模板剂制备多孔二氧化硅的研究第81-88页
        4.2.1 实验部分第81-83页
        4.2.2 多孔二氧化硅的结构分析第83页
        4.2.3 多孔二氧化硅的形貌分析第83-84页
        4.2.4 多孔二氧化硅的晶型分析第84-85页
        4.2.5 多孔二氧化硅的氮气吸附-脱附等温线第85-86页
        4.2.6 多孔二氧化硅的形成机理探讨第86-88页
    4.3 以四甲基乙二胺基-二松香基双子表面活性剂为模板制备介孔二氧化硅的研究第88-93页
        4.3.1 实验部分第88-89页
        4.3.2 介孔二氧化硅的结构分析第89-90页
        4.3.3 介孔二氧化硅的形貌分析第90-91页
        4.3.4 介孔二氧化硅的晶型分析第91-92页
        4.3.5 介孔二氧化硅的氮气吸附-脱附等温线第92-93页
        4.3.6 介孔二氧化硅形成机理的探讨第93页
    4.4 本章小结第93-95页
5 以磺化脱氢松香酸钠盐为模板制备疏水性纳米碳酸钙第95-107页
    5.1 引言第95页
    5.2 以脱氢松香酸二钠盐为模板制备棒状疏水性碳酸钙的研究第95-100页
        5.2.1 实验部分第95-97页
        5.2.2 碳酸钙的形貌分析第97-98页
        5.2.3 碳酸钙的疏水性能分析第98页
        5.2.4 疏水性碳酸钙的结构和晶型分析第98-100页
    5.3 以磺化脱氢松香酸单钠盐为模板制备空心疏水性碳酸钙的研究第100-106页
        5.3.1 实验部分第100-101页
        5.3.2 空心微纳米碳酸钙的结构分析第101-102页
        5.3.3 空心微纳米碳酸钙的热稳定性分析第102-103页
        5.3.4 空心微纳米碳酸钙的表面形貌分析第103页
        5.3.5 空心微纳米碳酸钙的微观形貌分析第103-104页
        5.3.6 空心微纳米碳酸钙的晶型分析第104页
        5.3.7 空心微纳米碳酸钙的疏水性能分析第104-105页
        5.3.8 空心微纳米碳酸钙的形成机理探讨第105-106页
    5.4 本章小结第106-107页
结论第107-110页
参考文献第110-118页
附录第118-125页
攻读学位期间发表的学术论文第125-126页
致谢第126-127页
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