基本信息
- 项目名称：
- 反应型阳离子双子(Gemini)表面活性剂的合成和性能评价
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本研究合成了一种季铵盐类阳离子双子（Gemini）表面活性剂，并对其反应条件进行了优化选择。 利用红外光谱和元素分析表征了新化合物的结构。 评价了该表面活性剂的表面活性，并与普通的阴离子表面活性剂进行了复配性能研究，考察了其协同作用，得出该表面活性剂的性能优良，适用范围广。
- 详细介绍：
- 目前国内对Gemini表面活性剂的研究还基本处在实验研究阶段，其中关于反应型Gemini表面活性剂的研究更少。反应型表面活性剂是指带有反应基团的表面活性剂，它能与所吸附的基体发生化学反应而永久地键合到基体表面，从而对基体发挥表面活性作用。本项目组通过自行设计目标分子和合成路线，以长链烷基叔胺、环氧氯丙烷为原料，用一锅煮的方法合成了目前文献所没有报道过的新产品——反应型阳离子Gemini表面活性剂（N,N,N’,N’-四羟乙基-N,N-二烷基-2-羟基丙二胺）。 利用红外光谱和元素分析表征了新化合物的结构， 并考察了该Gemini表面活性剂的基本理化性能，主要包括：表(界)面张力、临界胶束浓度。并通过对所合成Gemini表面活性剂进行复配试验，降低使用成本和改善其应用性能。用所选最优复配配方进行岩心驱油实验，驱替效果很好，可望成为提高石油采收率的新型驱油剂。 合成的带有羟基的反应型阳离子Gemini表面活性剂，有良好的水溶性。经过优化的合成路线和工艺条件，简化了合成步骤，两步合成反应得到目标化合物，所用原料价廉、易得，可减少三废污染，且反应条件也比较温和，每步反应的转化率也较高,有利于实现工业化生产。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- Gemini表面活性剂作为一种新型的表面活性剂，对其各项性能的研究倍受关注，但是关于反应型Gemini表面活性剂的研究还较少。了解了联接基的性质和长短对Gemini表面活性剂的表面活性的重要影响，本研究的分子设计选择以羟基作为联接基的反应型阳离子Gemini表面活性剂，以增加联接基的亲水性，提高分子的水溶性。通过对其合成及表征，并对合成路线及其合成工艺条件进行优化研究，降低生产成本。通过对其表面活性的研究，为反应型阳离子Gemini表面活性剂在更广泛领域的应用打下基础，尤其是在改善原油附着吸附状态、提高其采收率的应用研究方面做出开拓性应用研究。 创新点：目标分子的合成路线为自行设计，产品是目前文献所没有报道过的新产品。 关键技术 1.以长链烷基叔胺、浓盐酸、环氧氯丙烷为原料，用一锅煮的方法合成联接基含羟基的季铵盐Gemini 表面活性剂，简化合成步骤。 2.对合成反应条件进行选择，优化合成路线和合成工艺条件。 3.对所合成Gemini表面活性剂的表面活性进行评价，并通过复配改善其应用性能，为其进一步的实际应用提供基础。 4.通过岩心驱替实验评价其驱油效果。 主要技术指标 1.成功合成目标产物，对其进行表征结果符合设计分子结构特征。 2.对合成路线和生产工艺的优化结果，达到简化合成步骤，降低成本的目的。 3.目标产物的临界胶束浓度（cmc）在10-4数量级，比同类阳离子表面活性剂的CMC低很多。
科学性、先进性
- 1.本项目组通过自行设计目标分子的合成路线，合成了目前文献所没有报道过的新产品——反应型阳离子Gemini表面活性剂（N,N,N’,N’-四羟乙基-N,N-二烷基-2-羟基丙二胺），它是带有羟基的反应型阳离子Gemini表面活性剂，以提高Gemini表面活性剂的水溶性。 2.经过优化的合成路线和生产工艺，合成步骤比较简单，两步合成反应得到目标化合物，所用原料价廉、易得，可减少三废污染，且反应条件也比较温和，每步反应的转化率也较高，有利于实现工业化。 3.经表面性能研究表明，该反应型Gemini表面活性剂的表面性能优良，且其与普通表面活性剂复配使用，有较好的协同效应。 4.以长链烷基叔胺、浓盐酸、环氧氯丙烷为原料，用一锅煮的方法合成联接基含羟基的季铵盐Gemini 表面活性剂，分离提纯较为简单，产品产率有所提高。
获奖情况及鉴定结果
- 2010.11——至今，在成都理工大学基础化学实验室进行过多次红外光谱和元素分析表征，通过对测得谱图和数据的分析，符合目标产物的分子结构特征。此外，还进行了临界胶束浓度（cmc）的测定，与普通的表面活性剂进行了复配性能研究，考察其协同作用和通过岩心驱替实验评价了其驱油效果。 在2010-2011年度大学生课外科技立项结题答辩中，我们项目组得到了评委老师们的高度肯定，取得了本院前三名的好成绩。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 采用成套设备引进和转让、完全转让、合作生产
作品可展示的形式
- 实物、产品、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 说明及特点 1. 以溴代烷和二乙醇胺为原料，以无水乙醇为溶剂,以无水碳酸钠作为缚酸剂进行叔胺化反应。 2.以所得的二羟乙基长链叔胺，环氧氯丙烷，浓盐酸为原料，合成产品。 优势 1.合成产品是一种新产品，其表面性能优良，有广阔的应用领域。 2.对合成反应条件进行选择，得出了准确的反应条件指导生产。 应用领域 合成的反应型阳离子Gemini表面活性剂因具有独特的物化、表面性能，在驱油、杀菌缓蚀、助染、化合物分离与痕量分析、制备新材料、矿物浮选与污水治理等方面的应用有显著效果。 应用前景 作为一类性能优良的新型表面活性剂，Gemini表面活性剂具有广泛的商业开发价值。目前国际上进行Gemini表面活性剂商业化生产的公司很少，产量很低，价格十分昂贵。本项目组开发的高效廉价的反应型阳离子Gemini表面活性剂，具有优良的表面性能，并且其与普通表面活性剂复配使用，有较好的协同效应。因此，一定能够找到更多的应用和更大的市场。
同类课题研究水平概述
- 据资料报道，现在已合成了100余种结构类型的Gemini表面活性剂。但根据作者搜集的资料归纳，大多数化合物无工业化价值，不是工艺路线长，就是原料昂贵，合成条件苛刻等，真正工业化的产品仅只有几种。有关阳离子Gemini表面活性剂的合成方法及物化性能国内外均有研究，但所报道的关于合成工艺条件方面的内容过于宽泛和繁琐，并且有很多Gemini表面活性剂的水溶性较差。 国外： 目前国际上进行Gemini表面活性剂商业化生产的公司很少，产量很低，价格十分昂贵。 1991年，Menger合成了以刚性基团联接离子头基的双烷烃链表面活性剂，给这类型顺序排列的两亲分子命名为:Gemini型表面活性剂，也就是双子表面活性剂。从此这类表面活性剂有了合适的名称，对此类表面活性剂研究的热潮由此展开。同年，美国纽约州立大学Brooklyn学院的Rosen M J小组采纳了“Gemini”的命名，并系统合成和研究了氧乙烯或氧丙烯柔性基团联接的Gemini表面活性剂。2001年，Menger等第一次合成了两性Gemini表面活性剂，他们合成的分子一个极性头为季铵盐，另一个极性头为磷酸根。 国内： 目前国内对Gemini表面活性剂的研究还基本处在实验研究阶段，其中关于反应型Gemini表面活性剂的研究更少。 国内关于这一领域的最早报道是1997年王江等人率先合成了一种两性Gemini表面活性剂并应用在浓乳剂中，取得较好效果。2000年前后，赵剑曦相继在《化学进展》《日用化学工业》上发表综述，详细介绍了Gemini表面活性剂的研究进展。由此国内的许多研究小组开始关注并参与到此领域的研究之中。
