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《山东大学》 2017年
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有机胺对粘土颗粒润湿性和油酸聚集体的调控

张厉  
【摘要】:本论文从分子结构(烷基链长度、改性程度)及介质环境因素(pH、温度、盐浓度)等方面对有机胺用于天然粘土颗粒改性和油酸聚集体转变进行了系统的研究。通过热分析研究了季铵盐改性颗粒和多乙烯多胺/脂肪酸层状相的热稳定性,通过流变测试等手段分别对季铵盐改性颗粒分散体系和多乙烯多胺/脂肪酸层状相进行了表征,通过冷冻蚀刻电镜分别研究了季铵盐改性颗粒在界面上的排布和多乙烯多胺/脂肪酸体系的聚集体形貌,并对不同介质环境条件下体系中的相互作用进行了讨论。论文的具体研究内容包括以下三个方面:1.研究了季铵盐十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性的蒙脱土(Mt)处理含氯苯酚的模拟污水。通过离子交换的方法,使用DTAB和CTAB分别对蒙脱土进行改性制备有机土,以提高有机土与有机污染物的亲和力。使用上述两种有机土(DTAB-Mt和CTAB-Mt)作为吸附剂处理4-氯苯酚(4-CP)和2,4二氯苯酚(2,4-DCP)的模拟污水,氯苯酚在有机土上的吸附行为符合Langmuir吸附等温线模型。CTAB-Mt对4-CP和2,4-DCP的饱和吸附容量分别为395.0和585.8 mg/g,而DTAB-Mt对上述两种污染物的饱和吸附量略低,两种改性粘土对极性有机污染物的饱和吸附量差异是由于改性剂DTAB和CTAB在有机土层间构象的差异导致,CTAB插层到蒙脱土层间形成的分配相更加疏水。氯苯酚在有机土上的吸附2 h内即可达到平衡,吸附动力学行为符合准二级吸附动力学模型。温度对氯苯酚的吸附有重要影响,热力学参数表明氯苯酚在有机土上的吸附属于物理吸附,且为放热反应。除温度之外,初始pH也会影响氯苯酚的吸附,升高pH会降低氯苯酚的吸附量,DTAB-Mt和CTAB-Mt在pH值3-7之间zeta电势为正,材料表面的正电位点可能会与分子状态的氯苯酚发生相互作用。吸附过程中的主要相互作用包括分配作用和范德华力。2.研究了季铵盐双十八烷基二甲基氯化铵(DODMAC)对长棒状海泡石的原位改性,并将其作为乳化剂制备Pickering乳液。由于海泡石具有较高的比表面积和长棒状的结构,结合位点较多,通过表面改性,可以调控表面润湿性,用作高效乳化剂。在石蜡油中使用DODMAC对海泡石进行原位改性,随着改性程度的提高,改性材料在石蜡油中的分散性逐渐提高,并且其表观粘度也显著提高。未改性的海泡石在石蜡油中为聚集状态,改性使得海泡石纤维较好的分散,并形成网络结构。在少量的改性剂加量下,海泡石的表面即可由亲水性转变为疏水性,不被高浓盐水润湿。高温处理可以进一步提高改性颗粒的分散程度和表观粘度,TGA和XRD的数据进一步揭示了高温处理的机理,主要原因是高温促进了 DODMAC的插层和沸石水的脱除。使用荧光染料油红O将颗粒进行标记,在激光共聚焦显微镜下对颗粒进行观察,发现随着改性程度的提高,颗粒逐渐从水相迁移到油相中。长棒状改性颗粒吸附于界面上,由于毛细吸引作用,形成了致密的界面膜,并且部分改性颗粒在连续相中形成网络结构,从而提高了乳液的高温稳定性。3.研究了不同摩尔比的多乙烯多胺和油酸在水中混合后的凝胶行为。随着多乙烯多胺和油酸摩尔比的逐渐升高,体系由层状相逐渐转变为棒状胶束,层状凝胶区的聚集体主要为层状相和囊泡。层状相的形成过程主要包括超分子的构筑和超分子的自组装。多乙烯多胺和油酸以1:2和1:1的计量比形成超分子,其后超分子由于堆积参数较大,通过氢键作用和疏水作用自组装形成层状相和囊泡,并且外观为凝胶。该层状相表现出较好的温度稳定性,在很宽的温度范围内(5-70℃C),其聚集体结构和流变性能均无明显变化。通过调节pH和离子强度可以实现凝胶到溶胶的转变,并且该体系具有很好的乳化性能,制得的纳米乳液长期放置未发现奥氏熟化。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O622.6;O647

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