發(fā)布時(shí)間：2017-05-31 17:01

  本文關(guān)鍵詞：表面活性劑水凝膠形成機(jī)理、刺激響應(yīng)性質(zhì)與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：創(chuàng)造優(yōu)異性能的新物質(zhì)是當(dāng)今科學(xué)研究的重要特征之一。除了通過(guò)化學(xué)鍵的裁剪和重組(合成)方法獲得新穎物質(zhì)外,利用超分子層次的非共價(jià)弱相互作用,將特定小分子化合物(自)組裝成具有新穎結(jié)構(gòu)和特殊性能的新材料,也已經(jīng)成為科學(xué)家日益重視的新途徑。近年來(lái),功能化兩親分子自組裝形成的粘彈性凝膠材料在生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域均表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,是當(dāng)前研究的前沿和熱點(diǎn)內(nèi)容。本文研究了表面活性劑小分子凝膠的形成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與調(diào)控以及應(yīng)用。設(shè)計(jì)、合成具有特殊功能基團(tuán)的兩親分子,研究其溶液的相行為,并以此為研究導(dǎo)向構(gòu)筑響應(yīng)性凝膠材料,通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)的觀察和性質(zhì)的表征,探究非共價(jià)作用的可調(diào)控因素,確定凝膠中溶劑分子的結(jié)合量,揭示凝膠的自組裝過(guò)程、形成機(jī)理以及聚集規(guī)律,探索凝膠材料的響應(yīng)性功能與實(shí)際應(yīng)用。本論文的結(jié)構(gòu)安排和研究?jī)?nèi)容如下：第一部分,緒論。介紹了自組裝的概念、表面活性劑物理化學(xué)基本知識(shí)和凝膠的表征手段；重點(diǎn)總結(jié)了凝膠的分類、形成過(guò)程、以及各種非共價(jià)鍵在凝膠形成中的作用；綜述了凝膠在材料合成、催化、自修復(fù)材料、藥物緩釋、染料去除、油水分離以及分子開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用前景；最后引出了本論文的選題依據(jù)、研究?jī)?nèi)容和意義。第二部分,用雙長(zhǎng)鏈陰離子表面活性劑雙(2-乙基己基)磷酸酯(DEHPA),分別與兩性的表面活性劑十四烷基二甲基氧化胺(C14DMAO)以及堿性的氨基酸精氨酸(L-Arg)構(gòu)筑了兩種囊泡水凝膠,研究了它們?cè)谒械南嘈袨�、聚集體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變機(jī)理、流變學(xué)性質(zhì),討論了驅(qū)動(dòng)聚集體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的主要驅(qū)動(dòng)力,總結(jié)出了聚集體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變規(guī)律。[本章第一節(jié)]研究發(fā)現(xiàn),DEHPA與C14DMAO混合水溶液表現(xiàn)出豐富的相行為。恒定C14DMAO的濃度不變,逐漸增加DEHPA的濃度時(shí),溶液的粘度會(huì)不斷增加,當(dāng)兩者的摩爾比達(dá)到250：80時(shí),溶液的粘度達(dá)到最大值。繼續(xù)增加DEHPA的濃度溶液的粘度會(huì)下降,并不斷降低,這是溶液中由膠束相(L1)向囊泡相(Lav)再向平面層狀相(Lα1)的轉(zhuǎn)變引起的。C14DMAOH+與DEHP通過(guò)靜電相互作用以及C14DMAOH+與C14DMAO通過(guò)氫鍵形成的離子對(duì)引起表面活性劑極性頭基面積的減小,繼而引起臨界堆積參數(shù)的變化,導(dǎo)致聚集體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。[本章第二節(jié)]研究發(fā)現(xiàn),不斷向L-Arg的溶液中加入DEHPA時(shí)會(huì)依次出現(xiàn)L1相、Lav相、Lal、和腫脹的海綿相(L3),同時(shí)溶液的粘度呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)。以腫脹的海綿相為模板合成了多孔的Ce02納米材料,該納米材料具有較高的比表面積,對(duì)CO的氧化表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。第三部分研究了烷基二甲基氧化胺(CnDMAO)與膽汁酸形成凝膠的能力和微觀結(jié)構(gòu)以及不同非共價(jià)作用對(duì)凝膠形成的影響,探索了凝膠在染料廢水凈化中的應(yīng)用。[本章第一節(jié)]用石膽酸(LCA)與十二烷基二甲基氧化胺(C12DMAO)在水中制備了一種室溫凝膠。通過(guò)調(diào)控LCA與C12DMAO的比例可以得到螺旋的纖維結(jié)構(gòu),在空間效應(yīng)和氫鍵的作用下形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)而形成凝膠。該凝膠在10～35℃的溫度范圍內(nèi)就能獲得,與傳統(tǒng)的凝膠相比,制備條件簡(jiǎn)單。得到的凝膠有較強(qiáng)的凝膠能力,屈服應(yīng)力值為100 Pa,彈性模量為5000 Pa,表現(xiàn)出較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的粘彈性。該凝膠凍干后可以作為吸附劑有效的去除廢水中的染料。由于凝膠的形成是氫鍵、親疏水平衡以及LCA分子空間效應(yīng)等非共價(jià)作用平衡驅(qū)動(dòng)的結(jié)果,凝膠劑分子結(jié)構(gòu)的微小變化會(huì)引起凝膠行為的巨大變化。因此,在[本章第二節(jié)]深入研究了表面活性劑疏水鏈長(zhǎng)對(duì)凝膠行為的影響。主要研究了LCA與不同鏈長(zhǎng)的烷基二甲基氧化胺(CnDMAO, n= 10,12,14,16,18)在水中不同溫度下的自組裝行為,描述了疏水鏈長(zhǎng)、手性甾核中心以及氫鍵在凝膠形成中的作用。改變鏈長(zhǎng)或溫度時(shí)會(huì)破壞LCA與CnDMAO之間非共價(jià)相互作用的平衡,導(dǎo)致各種非共價(jià)相互作用重新排列,使得聚集體結(jié)構(gòu)在凝膠纖維和囊泡之間轉(zhuǎn)變。[本章第三節(jié)]改變膽汁酸的疏水性,研究了膽酸(CA)與烷基二甲基氧化胺(CnDMAO, n=10,12,14,16,18)形成凝膠的能力,構(gòu)筑了中空的六角管狀結(jié)構(gòu),研究了管狀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理,并將量子點(diǎn)摻雜到管壁上,探究了雜化管在降解有機(jī)染料中的應(yīng)用。第四部分研究了石膽酸(LCA)與不同結(jié)構(gòu)的乙醇胺的自組裝行為和凝膠能力。將二乙醇胺(DEA)與石膽酸(LCA)混合得到了由直徑在60 nm左右的納米管形成的水凝膠。由于LCA的羧基容易與重金屬離子如Cu2+、Co2+、Ni2+、Pb2+、Hg2+等以雙齒螯合的形式結(jié)合,重金屬離子容易有效的吸附到LCA/DEA凝膠上。因此該凝膠可以作為重金屬離子的吸附劑,用于工業(yè)廢水中重金屬離子的去除。第五部分合成了三聯(lián)吡啶(TP)的衍生物,4'-對(duì)-苯甲酸-2,2'：6'2"-三聯(lián)吡啶(4'-para-phenylcarboxyl-2,2':6',2"-terpyridine, PPCT),并研究了它與MOH (M+ = Li+, Na+, K+, Cs+, NH4+, (CH3)4N+, (CH3CH2)4N+)在水中的凝膠行為。研究發(fā)現(xiàn)一價(jià)陽(yáng)離子的水化離子半徑(hydration radius, Rh)在PPCT/MOH體系的凝膠化過(guò)程中起到了重要的作用。一價(jià)陽(yáng)離子M+誘導(dǎo)PPCT形成水凝膠的能力為K+Na+ Li+,這與Hofmeister series是一致的。其中,PPCT/KOH的體系的凝膠能力最強(qiáng),將PPCT加入到KOH的水溶液中即可獲得水含量高達(dá)99 wt%的高機(jī)械強(qiáng)度的水凝膠. PPCT/KOH水凝膠由納米花狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成,凝膠的屈服應(yīng)力值可以達(dá)到7000 Pa,機(jī)械強(qiáng)度較高。引入外界能量,如加熱或者振蕩時(shí),凝膠表現(xiàn)出可逆的刺激響應(yīng)性。該凝膠的一個(gè)特殊功能是能夠通過(guò)靜電相互作用將甲醛(HCHO)吸附到三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上,并將其轉(zhuǎn)變成無(wú)毒的有機(jī)鹽(HCOOK和CH3OK),因此該凝膠可以作為一種優(yōu)異的材料除去空氣中尤其是新裝修房屋內(nèi)的甲醛。
【關(guān)鍵詞】：分子自組裝 表面活性劑 水凝膠 刺激響應(yīng)性 非共價(jià)相互作用
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O648.17
【目錄】：

• 摘要13-16
• ABSTRACT16-20
• 第一章 緒論20-94
• 1.1 自組裝20-21
• 1.2 表面活性劑物理化學(xué)21-23
• 1.2.1 表面活性劑的結(jié)構(gòu)與分類21-22
• 1.2.2 表面活性劑的性質(zhì)22-23
• 1.3 凝膠23-50
• 1.3.1 凝膠的分類與構(gòu)筑23-27
• 1.3.2 表面活性劑類凝膠27-37
• 1.3.2.1 蠕蟲狀膠束凝膠28-32
• 1.3.2.2 囊泡凝膠(vesicle gels)32-36
• 1.3.2.3 溶致液晶(lyotropic liquid crystal)36-37
• 1.3.3 凝膠形成中的非共價(jià)鍵作用力37-50
• 1.3.3.1 氫鍵38-41
• 1.3.3.2 靜電相互作用41-42
• 1.3.3.3 金屬配位作用42-46
• 1.3.3.4 π-π相互作用46-50
• 1.4 凝膠的應(yīng)用50-67
• 1.4.1 凝膠在催化反應(yīng)中的應(yīng)用50-52
• 1.4.2 凝膠在作為模板合成無(wú)機(jī)或雜化材料中的應(yīng)用52-55
• 1.4.3 凝膠在蛋白質(zhì)以及藥物運(yùn)輸與緩控釋放中的應(yīng)用55-58
• 1.4.4 凝膠作為自修復(fù)(自愈合)材料的應(yīng)用58-61
• 1.4.5 凝膠在染料吸附中的應(yīng)用61-62
• 1.4.6 凝膠在油水分離中的應(yīng)用62-65
• 1.4.7 凝膠在分子開(kāi)關(guān)材料中的應(yīng)用65-67
• 1.5 凝膠的研究手段及方法67-77
• 1.5.1 電鏡68-70
• 1.5.1.1 透射電鏡(TEM)68
• 1.5.1.2 掃描電鏡(SEM)68
• 1.5.1.3 低溫透射電鏡(cryo-TEM)68-69
• 1.5.1.4 冷凍蝕刻透射電鏡(FF-TEM)69-70
• 1.5.1.5 原子力顯微鏡(AFM)70
• 1.5.2 光譜學(xué)70-73
• 1.5.2.1 紅外光譜(IR)70
• 1.5.2.2 圓二色光譜(CD)70-71
• 1.5.2.3 核磁共振(NMR)71-73
• 1.5.3 流變學(xué)73-74
• 1.5.4 小角X射線散射(SXRD)74-75
• 1.5.5 差示量熱掃描(DSC)75-77
• 1.6 本論文的立題思想、研究?jī)?nèi)容和意義77-78
• 參考文獻(xiàn)78-94
• 第二章 氫鍵誘導(dǎo)囊泡水凝膠的構(gòu)筑、聚集體轉(zhuǎn)變及應(yīng)用研究94-136
• 引言94-95
• 第一節(jié) DEHPA/C_(14)DMAO/H_2O體系囊泡水凝膠的構(gòu)筑及聚集體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變95-110
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)部分95-97
• 2.1.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品95
• 2.1.1.2 相行為觀察95
• 2.1.1.3 電導(dǎo)率和pH測(cè)定95-96
• 2.1.1.4 流變學(xué)測(cè)定96
• 2.1.1.5 冷凍蝕刻透射電鏡觀察(FF-TEM)96
• 2.1.1.6 低溫透射電鏡觀察(cryo-TEM)96
• 2.1.1.7 波譜測(cè)定96-97
• 2.1.2 結(jié)果與討論97-109
• 2.1.2.1 相行為97-100
• 2.1.2.2 微結(jié)構(gòu)100-102
• 2.1.2.3 流變學(xué)性質(zhì)102-105
• 2.1.2.4 ~2H NMR結(jié)果105-106
• 2.1.2.5 機(jī)理解釋106-109
• 2.1.3 本節(jié)小結(jié)109-110
• 第二節(jié) DEHPA/L-Arg/H_2O體系囊泡水凝膠的構(gòu)筑以及應(yīng)用研究110-129
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)部分110-111
• 2.2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品110
• 2.2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法110-111
• 2.2.2 結(jié)果與討論111-128
• 2.2.2.1 表面化學(xué)性質(zhì)111
• 2.2.2.2 相行為111-114
• 2.2.2.3 ~2H NMR結(jié)果114-115
• 2.2.2.4 微觀結(jié)構(gòu)115-118
• 2.2.2.5 流變學(xué)性質(zhì)118-121
• 2.2.2.6 機(jī)理解釋121-125
• 2.2.2.7 海綿相為模板制備CeO_2多孔納米材料125-128
• 2.2.3 本節(jié)小結(jié)128-129
• 參考文獻(xiàn)129-136
• 第三章 烷基二甲基氧化胺與膽汁酸水凝膠的構(gòu)筑及在染料廢水凈化中的應(yīng)用研究136-194
• 引言136-137
• 第一節(jié) LCA/C_(12)DMAO室溫水凝膠的構(gòu)筑及在染料廢水凈化中的應(yīng)用研究137-155
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)部分137-140
• 3.1.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品137-138
• 3.1.1.2 凝膠制備138-139
• 3.1.1.3 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察139
• 3.1.1.4 透射電子顯微鏡(TEM)觀察139
• 3.1.1.5 原子力顯微鏡(AFM)觀察139
• 3.1.1.6 圓二色光譜圖(CD)測(cè)定139
• 3.1.1.7 流變學(xué)測(cè)定139
• 3.1.1.8 小角x-射線衍射(SXRD)測(cè)定139
• 3.1.1.9 紫外-可見(jiàn)光譜(UV-vis)測(cè)定139-140
• 3.1.1.10 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)測(cè)定140
• 3.1.2 結(jié)果與討論140-153
• 3.1.2.1 凝膠行為140-141
• 3.1.2.2 凝膠微觀結(jié)構(gòu)141-143
• 3.1.2.3 圓二色光譜(CD)結(jié)果143-144
• 3.1.2.4 流變學(xué)性質(zhì)144-146
• 3.1.2.5 機(jī)理解釋146-150
• 3.1.2.6 染料吸附150-153
• 3.1.3 本節(jié)小結(jié)153-155
• 第二節(jié) 通過(guò)非共價(jià)作用的平衡調(diào)控LCA/C_nDMAO體系中聚集體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變155-170
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分155-156
• 3.2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品155
• 3.2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法155-156
• 3.2.2 結(jié)果與討論156-168
• 3.2.2.1 凝膠行為156-158
• 3.2.2.2 微觀結(jié)構(gòu)158-160
• 3.2.2.3 流變學(xué)性質(zhì)160-161
• 3.2.2.4 溫度誘導(dǎo)螺旋纖維向囊泡結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變161-166
• 3.2.2.5 機(jī)理解釋166-168
• 3.2.3 本節(jié)小結(jié)168-170
• 第三節(jié) 中空六角管狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及在染料降解中的應(yīng)用研究170-184
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)部分170
• 3.3.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品170
• 3.3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法170
• 3.3.2 結(jié)果與討論170-184
• 3.3.3 本節(jié)小結(jié)184
• 參考文獻(xiàn)184-194
• 第四章 納米管狀結(jié)構(gòu)水凝膠吸附凈化工業(yè)廢水中的重金屬離子194-214
• 4.1 引言194-195
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分195-196
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品195
• 4.2.2 樣品制備195
• 4.2.3 低溫透射電鏡觀察(cryo-TEM)195-196
• 4.2.4 小角x-射線衍射(SXRD)測(cè)定196
• 4.2.5 干凝膠吸附重金屬離子196
• 4.2.6 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)測(cè)定196
• 4.3 結(jié)果與討論196-209
• 4.3.1 EA/LCA混合體系中囊泡與納米管之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變197-200
• 4.3.2 DEA/LCA體系中刺激響應(yīng)性水凝膠200-204
• 4.3.3 重金屬離子吸附204-209
• 4.4 本章小結(jié)209
• 參考文獻(xiàn)209-214
• 第五章 納米花狀結(jié)構(gòu)熒光水凝膠的構(gòu)筑及在甲醛去除中的應(yīng)用研究214-242
• 5.1 引言214-215
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分215-218
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品215-216
• 5.2.2 樣品制備216
• 5.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)觀察216-217
• 5.2.4 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察217
• 5.2.5 熒光顯微鏡(FM)觀察217
• 5.2.6 原子力顯微鏡(AFM)觀察217
• 5.2.7 流變學(xué)測(cè)定217
• 5.2.8 差示量熱掃描(DSC)測(cè)定217
• 5.2.9 熒光光譜測(cè)定217
• 5.2.10 甲醛(HCHO)去除217-218
• 5.3 結(jié)果與討論218-236
• 5.3.1 凝膠行為218-221
• 5.3.2 微觀結(jié)構(gòu)221-223
• 5.3.3 流變學(xué)性質(zhì)223-227
• 5.3.4 刺激響應(yīng)性227-230
• 5.3.5 熒光性質(zhì)230-232
• 5.3.6 甲醛(HCHO)去除232-236
• 5.4 本章小結(jié)236
• 參考文獻(xiàn)236-242
• 論文的創(chuàng)新點(diǎn)和不足之處242-244
• 致謝244-246
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文及獲獎(jiǎng)情況246-285
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表285

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 鄒祺;張雋佶;田禾;;多功能二噻吩乙烯光致變色光分子開(kāi)關(guān)材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2012年09期

  本文關(guān)鍵詞：表面活性劑水凝膠形成機(jī)理、刺激響應(yīng)性質(zhì)與應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：410052