电化学方法研究阳离子C_nTAB及其复配体系的聚集行为和性质

论文摘要

表面活性剂混合体系的研究中,检测表面活性剂浓度的动态连续变化或平衡状态下稀溶液浓度的估算是研究者比较关心的一个问题。溶液中表面活性剂单体的浓度可以通过平衡渗析、超过滤、微量热滴定和表面活性剂离子选择性电极等手段来测定。以表面活性剂离子选择性电极为基础的电动势法,具有测定设备简单廉价、所需样品量少且不需要预处理、不易受其它加入物的干扰,良好的灵敏度和重现性等优点而受到不少研究者的青睐。最近十多年来,该方法已被成功应用到两亲分子溶液化学的研究中。有关表面活性剂离子选择性电极的研究报道,国内的文献主要集中于环境水体中表面活性剂的检测,国外的文献多集中于表面活性剂与高聚物的相互作用的研究。到目前为止,关于表面活性剂离子选择性电极在阴/阳离子表面活性剂复配体系研究中的应用,国内外均未见文献报道。这可能与阴/阳离子表面活性剂溶液的配制方法有关,因为只有维持恒定的离子强度时,测得的一系列电动势数据才具有可比性。论文主要利用电化学方法,并结合表面张力和流变学等手段研究了具有恒定离子强度的阴/阳离子表面活性剂复配体系的相行为,阳离子表面活性剂（CnTAB）与非离子三嵌段共聚物PluronicF127（PEO97-PPO69-PEO97）在不同盐度、高聚物浓度及温度下的相互作用等,具体内容分为五章：第一章概述了离子选择性电极的研究背景和表面活性剂离子选择性电极在表面活性剂混合体系中的研究进展,及其在表面活性剂复配体系、表面活性剂与聚合物相互作用研究领域的重要意义。结合实验工作,总结了表面活性剂离子选择性电极在使用过程中遇到的一些问题及相应处理措施等。第二章利用四苯硼钠（NaBQ4）、十二烷基硫酸钠（SDS）与长链烷基三甲基溴化铵（CnTAB）生成的中性离子对（CnTA-BQ4、CnTA-DS）作为电活性物质,以邻苯二甲酸二辛酯（DOP）为增塑剂、低分子量的聚氯乙烯粉（PVC）为成膜载体,以电动势和表面张力为主要测试手段,筛选制备具有最佳性能的表面活性剂离子选择性电极。实验结果表明：以BQ4-为反离子制备的中性离子对作为电活性剂物质,DOP含量为112.5 mg/mL, PVC含量为75mg/mL,电活性物质浓度为0.63mmol/L时制得的表面活性剂离子选择性电极性能最佳。通过对表面活性剂离子选择性电极稳定性、重现性的测试,发现制得的表面活性剂离子选择性电极的稳定性较好,在2 h的连续测定中数据偏差不超过1 mV。另外通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十一酸钠（SU）、月桂酸钠（SL）得到的中性离子对CTA-U、CTA-L作为电活性物质,分别制得了对十一酸钠和月桂酸钠有响应的阴离子表面活性剂选择性电极,但遗憾的是这类电极的电动势测试结果并不能与表面张力测试结果完全吻合,Nernst响应斜率偏低,这可能与所用电活性物质的溶解性有关。尽管存在Nernst响应斜率低、电位漂移、膜电极的记忆效应等影响因素,但每次测试前只要充分清洗膜表面,都可获得较为满意的结果。可以应用于随后的表面活性剂混合体系的单体组分测定中。第三章采用电动势测定、电导率测定、偏光显微镜观察和流变学研究等方法考察了十四烷基三甲基溴化铵（TTAB）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分别和10-十一烯酸钠（10-SU）、十一酸钠（SU）所形成的复配体系TTAB/10-SU,TTAB/SU, CTAB/10-SU的相行为,将TTAB、CTAB、SU等表面活性剂离子选择性电极应用于该复配体系中,分别测得了总浓度不同时体系中游离表面活性剂的浓度,得出了游离表面活性剂浓度随体系组成的变化关系。研究结果表明：在恒定总浓度的混合体系中,随阳离子表活性剂组成Xn的增加,溶液经历了L1相、Lα相、Lαv相及粘稠L1相的转变过程。在聚集态转变过程中测得相应表面活性剂单体的浓度逐渐增加,在由L1相向Lα及粘稠的L1相等转变的区域,游离的表面活性剂浓度变化最明显,整个测定范围内其浓度曲线呈S型变化。对于TTAB/10-SU和TTAB/SU复配体系而言,其Xn（TTAB）为0.3,0.4,0.5,0.7时所对应的典型样品的流变学数据表明,在不同摩尔比例下得到的L1相体现出粘性特征,而对于CTAB/10-SU复配体系,其Xn（CTAB）为0.3,0.4,0.5,0.7时的样品也同样以粘性为主；随总浓度的增大,粘性增大,当Xn（CTAB）在0.7附近时体系表现出明显的弹性行为。第四章采用电化学法研究了非离子三嵌段共聚物Pluronic F127溶液的临界胶束温度（CMT）及其与阳离子表面活性剂CnTAB的相互作用。提出了利用循环伏安法测定非离子型聚合物溶液CMT的实验方法,借助具有疏水性能的电化学探针2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧自由基（TEMPO）在混合溶液中扩散系数的测定,比较了达饱和吸附浓度乃时CnTAB/F127混合溶液的疏水性能。采用表面活性剂离子选择性电极,测定了不同浓度的NaBr存在时CnTAB和F127相互作用的电动势曲线,结果发现随烷基链长的增加,与F127发生协同作用的程度增强,而且发生协同结合作用时的浓度T1基本与F127浓度无关；F127溶液浓度越高,协同结合作用结束时的浓度T2越大。而增加盐浓度和升高温度,对CnTAB和F127间的协同结合作用有不利影响。同时还发现在较低盐浓度下（1 mmol/L NaBr）,或在较低的F127浓度（0.5 g/L）下,CTAB、TTAB与F127发生协同结合作用之前存在非协同结合现象。第五章采用循环伏安法研究了维生素K3（VK3）包覆在酸处理过的多壁碳纳米管（MWNTs）、壳聚糖（CHIT）所形成的单一膜以及混合膜中时,在磷酸盐缓冲溶液中的电化学性质及对多巴胺（DA）的电催化氧化。结果表明由于CHIT和MWNTs的存在,VK3在玻碳电极表面上的吸附大大增强,循环伏安响应明显增强,VK3的耐碱蚀能力得到极大提高,即使在pH=12的强碱性环境下,也存在氧化还原响应。通过改变溶液pH值以及改变扫描速率时的循环伏安测试,提出了吸附在固体表面上的VK3的氧化还原机理,计算出了电极表面与固定VK3的MWNTs/CHIT混合膜之间,以及电极表面与固定VK3的MWNTs膜之间的表观电荷转移速率常数ks和电子转移系数α分别为21.4s-1,0.49和3.2s-1,0.47。采用循环伏安法对DA的电催化氧化进行实验,结果表明VK3-MWNTs-CHIT混合膜修饰电极对DA具有较好的电催化性质。运用微分脉冲方法对溶液中的DA进行测定,在2-100μmol/L浓度范围内,稳态氧化峰电流和DA的浓度成线性关系,检测限为0.18μmol/L。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离子选择性电极简介
• 1.2.1 离子选择性电极的内阻及对测量仪器的要求
• 1.2.2 影响电极电势的测定因素
• 1.2.3 离子选择性电极分析法对参比电极和盐桥的要求
• 1.2.4 表面活性剂离子选择性电极（SISEs）在使用中需要注意的问题
• 1.3 SISEs在表面活性剂混合体系中的应用
• 1.3.1 SISEs在研究离子表面活性剂和聚合物相互作用方面的应用
• 1.3.2 SISEs在研究表面活性剂与生物大分子相互作用方面的应用
• 1.3.3 SISEs在研究表面活性剂有序聚集体的结构转变过程中的应用
• 1.4 论文的选题及意义
• 参考文献
• 第二章 表面活性剂离子选择性电极的制备
• 2.1 引言
• 2.2 长链烷基三甲基溴化铵离子选择性电极的制备及性能
• 2.2.1 主要仪器和试剂
• 2.2.2 电活性物质（中性离子对）的制备
• 2.2.3 十六烷基三甲基溴化铵离子选择性电极的制备
• 2.2.4 十六烷基三甲基溴化铵离子选择性电极最佳制备条件的选择
• 2.2.5 十六烷基三甲基溴化铵离子选择性膜的微观结构及稳定性和重现性
• 2.3 十一酸钠和月桂酸钠阴离子表面活性剂离子选择性电极的制备
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 电动势法和流变技术研究CnTAB/脂肪酸盐混合体系的相行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 十四烷基三甲基溴化铵/脂肪酸钠复配体系
• 3.3.2 十六烷基三甲基溴化铵/十一烯酸钠复配体系
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 电化学方法研究高聚物F127溶液的性质及其与CnTAB的相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 工作电极表面积的测定
• 4.3.2 循环伏安法测定F127溶液的CMT
• 4.3.3 核磁共振（NMR）法测定F127溶液的CMT
• 4.3.4 不同NaBr盐度下的电动势滴定曲线
• nTAB混合溶液中的扩散系数'>4.3.5 TEMPO在F127/C_nTAB混合溶液中的扩散系数
• 4.3.6 结合等温线
• 4.4 结论
• 参考文献
• 3-MWNTs-CHIT复合膜的电化学性质及对多巴胺的电催化氧化'>第五章 VK₃-MWNTs-CHIT复合膜的电化学性质及对多巴胺的电催化氧化
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 GC电极的修饰
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 MWNTs的酸化处理
• 3的电化学性能的影响'>5.3.2 CHIT和MWNTs对VK₃的电化学性能的影响
• 3的电化学稳定性和重现性'>5.3.3 包覆在MWNTs-CHIT复合膜中VK₃的电化学稳定性和重现性
• 3-MWNTs-CHIT复合膜的影响'>5.3.4 pH对VK₃-MWNTs-CHIT复合膜的影响
• 3-MWNTs-CHIT混合膜的影响'>5.3.5 扫描速率对VK₃-MWNTs-CHIT混合膜的影响
• 3-MWNTs-CHIT/GC修饰电极上的电催化氧化'>5.3.6 DA在VK₃-MWNTs-CHIT/GC修饰电极上的电催化氧化
• 5.4 结论
• 参考文献
• 论文的创新点和不足之处
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 外文论文
• 学位论文评阅及答辩情况表