pH响应沉淀-溶解型表面活性剂的合成及性质研究.pdf

摘要

摘要

表面活性剂在工农业生产和日常生活中具有极其广泛的应用，但是，使用后的表面活

性剂大多废弃甚至直接流散至自然环境，由此不仅增加环境负担而且浪费了宝贵的石油基

碳资源。因此，高效回收使用后的表面活性剂是表面活性剂领域所面临的亟待解决的共性

问题之一。开关表面活性剂为解决上述问题提供了可能。就水溶液体系而言，如果某种开

关表面活性剂的“打开”态和“关闭”态分别对应于“溶解”和“固态沉淀”的形式，即

沉淀-溶解型开关表面活性剂(PDSS)，必将有助于表面活性剂的回收和再利用。为此，本

文选择结构中带有仲胺基团的3-十二烷基胺基丙磺酸钠(LMPS)为考察对象，充分利用仲

胺基团的pH开关性质，使其在阴离子型表面活性剂LMPS(打开态、溶解)和两性离子内

盐3-十二烷基胺基丙磺酸(LMP，关闭态、沉淀)两种状态之间可逆转换；分别以十四烷、

多环芳烃菲(Phe)污染的石英砂为模型物，考察了LMPS水溶液自石英砂表面洗涤清除十

四烷或Phe的效果；进而考察了自上述洗涤废液中分别回收LMPS、十四烷和Phe以及

LMPS再利用的可能性。在本文实验研究范围内，主要结果和结论总结如下：

(1)LMPS的合成及pH开关性质

以十二烷基胺和1,3-丙磺内酯为原料，合成得到LMPS(收率76.3%)；通过核磁共振

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(HNMR)、电喷雾质谱(ESI-MS)以及傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段验证了LMPS的分

子结构；采用两相滴定法，确定所得LMPS的纯度约为98.3%。

通过考察LMPS的Krafft温度(K)、表面张力(γ)、界面张力(IFT)随pH的变化行

T

为，确定了LMPS的pH开关窗口为7.5-12.5。当pH=12.5时，LMPS的KT约为-0.5°C，

其临界胶束浓度(cmc)约为8.7×10-4mol·L-1(表面张力法)、γcmc约为35.8mN·m-1、IFTcmc

约为4.9mN·m-1、能够形成胶束、具有良好的起泡性和乳化性能，具有典型表面活性剂的

特征；当pH7.5时，LMPS转换为LMP，此时LMP的KT＞95°C，在水中的溶解度为

4.89×10-5mol·L-1，γ和IFT约为56.5mN·m-1和23.8mN·m-1、无胶束形成、起泡和乳化能

力差，不具备典型表面活性剂的特征。

对于2mmol·L-1的LMPS水溶液，当pH从12.5下降到7.5时，体系中有白色固体

LMP析出，表界面性能明显下降；将pH升高至12.5，LMP再次溶解，表界面性能恢复。

循环9次后，LMPS依然具有较低的KT(15.7°C)，γ、IFT、起泡性能没有发生明显变化，

表现出良好的pH开关响应。

(2)LMPS的乳化性质及其乳液的pH开关响应

pH12.5时，2mmol·L-1的LMPS可将水-正庚烷混合体系乳化成O/W型乳液，乳液粒

径呈高斯正态分布，中心值约为17.4μm，具有良好的稳定性，可在常温下至少稳定30天。

将乳液pH从12.5降低到7.5时，乳液快速破乳至油-水两相分离；LMPS转变成LMP，

LMP在水相和正庚烷、十四烷及植物油等多种油相中均不溶解，悬浮于油-水两相界面处。

当pH从7.5再升至12.5，LMP再次转变成水溶性的LMPS，均质后乳液再次形成；如此

循环9次后，乳液依然保持良好的稳定性，粒径略有增大(约为20.6μm)。

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摘要

上述乳液破乳(pH7.5)后，约94.4%的LMP以固态沉淀悬浮于油水界面处，约3.1%

的LMP溶解于水相中，油相中LMP含量均低于2.5%；若是将破乳后水相的pH调回12.5

但不进行均质处理，油相