2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺與不同水溶液界面張力的研究

楊全寧，韋 兵，盧 萍，崔 玉

(濟(jì)南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺與不同水溶液界面張力的研究

楊全寧，韋 兵，盧 萍*，崔 玉

(濟(jì)南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

合成了一種低極性四丁基丙二酰胺類萃取劑：2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)，并用紅外、核磁確證該物質(zhì)。探究了不同條件下，TBDMA與水溶液的界面張力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：界面張力隨著鹽酸濃度的升高逐漸降低，隨著氫離子濃度的升高逐漸降低，隨著氯化鈉濃度增大逐漸升高；并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，我們給出合理的解釋。

界面張力；2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺；滴體積；鹽酸

溶劑萃取法因其分離效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于濕法冶金、石油化工、稀土分離提純、核燃料提取、后處理[1-2]。丙二酰胺類萃取劑因合成制備簡(jiǎn)單，可循環(huán)使用，降解產(chǎn)物并對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在萃取分離中被廣泛應(yīng)用[3]。有關(guān)丙二酰胺萃取鈾、釷、稀土的熱力學(xué)已有很多報(bào)道[4-6]。由于萃取發(fā)生在萃取劑有機(jī)相與被萃金屬離子水相液-液界面，界面張力的研究對(duì)于冶金、提油、去污方法的改良等有著重要的作用[7]，界面張力會(huì)通過(guò)影響傳質(zhì)速度，進(jìn)而影響萃取的效率[8]。因此研究液-液界面性質(zhì)[9-11]，不僅有助于目前萃取工藝的優(yōu)化、有利于新的分離體系工藝開(kāi)發(fā)，也有利于形成新的更加高效的萃取方法和新的工藝設(shè)備流程，對(duì)于豐富萃取化學(xué)理論、發(fā)展萃取動(dòng)力學(xué)分離新技術(shù)具有重要意義。

本文在N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺兩個(gè)羰基間亞甲基碳上加上一個(gè)十二烷基，大大降低了該萃取劑的極性，親油性好。解決了N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺的水溶性的問(wèn)題，便于后續(xù)的萃取研究的進(jìn)行。主要研究了不同條件下，TBDMA與水溶液的界面張力，并給出一定的解釋。對(duì)進(jìn)一步研究TBDMA在不同稀釋劑中與含金屬離子水溶液界面行為奠定了一些理論基礎(chǔ)，對(duì)研究萃取劑分子在有機(jī)相中的擴(kuò)散和在兩相界面的吸附動(dòng)力學(xué)有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

1.1 試劑和儀器

N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBMA)的合成參考文獻(xiàn)[12]，2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)的合成參考文獻(xiàn)[13]。2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)經(jīng)IR、1HNMR表征符合萃取實(shí)驗(yàn)要求。核磁表征數(shù)據(jù)如下：δH (400MHz，CDCl3) 3.45 (1H，-CH，t)，3.35～3.03 (8H，4-CH2，m), 1.83 (2H，-CH2，d)，1.52-1.40 (8H，-CH2，m)，1.33～1.14 (28H，14-CH2，14m)，0.81～0.92 (15H，5-CH3，d)。實(shí)驗(yàn)中使用的有機(jī)試劑都是分析純。

主要實(shí)驗(yàn)儀器：玻璃恒溫水浴SYP-Ⅲ， 南京桑力電子設(shè)備廠；電子分析天平BS210S，北京賽多利斯天平有限公司；微量注射儀BYZ-810T，長(zhǎng)沙比揚(yáng)醫(yī)療器械有限公司；立純實(shí)驗(yàn)室超純水制造系統(tǒng)LCT-11-20T，濟(jì)南立純水處理設(shè)備有限公司；電子數(shù)顯卡尺，廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用滴體積測(cè)定界面張力。采用公式(1)進(jìn)行計(jì)算

γ=(ρ1-ρ2)Vg/2πrφ

(1)

ρ1為液體密度較大相，ρ2為液體密度較小相，V為液滴的體積，r為毛細(xì)管滴頭半徑，γ為液體1、2間的界面張力。φ值由參考文獻(xiàn)[14]獲得。

2 結(jié)果與討論

2.1 稀釋劑對(duì)界面張力的影響

用滴體積法測(cè)得的以正辛烷、苯、甲苯、環(huán)己烷為稀釋劑界面張力隨時(shí)間的變化情況，它們具有相同的趨勢(shì)，正辛烷做稀釋劑時(shí)界面張力的變化如圖1所示。

圖1 正辛烷為稀釋劑界面張力的變化

由圖1可知，隨著液滴形成時(shí)間的增加，界面張力先緩慢減小后趨于穩(wěn)定，隨著萃取劑濃度的增大界面張力逐漸減小。可能由于液滴形成時(shí)間較短時(shí)，滴管內(nèi)液體流動(dòng)速度較快，流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響[15]不能忽略；液滴形成時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)可以忽略，界面張力穩(wěn)定時(shí)，界面上達(dá)到吸附-解吸附平衡。液滴形成的穩(wěn)定時(shí)間約為60 s，所以在考察其他因素影響時(shí)，液滴形成時(shí)間均控制在 60 s以上，以保證界面處于穩(wěn)定狀態(tài)?？疾煲旱涡纬蓵r(shí)間對(duì)于研究萃取劑分子在有機(jī)相中的擴(kuò)散和在兩相界面的吸附動(dòng)力學(xué)有重要的意義。

用滴體積法對(duì)0.001 mol·dm-3的不同稀釋劑(正辛烷、苯、甲苯、環(huán)己烷)條件下的界面張力，見(jiàn)圖2。

CTBDMA=0.001 mol·dm-3，T=298 K

由圖2可知：不同稀釋劑條件下的2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺溶液與水溶液界面張力明顯不同，界面張力的大小順序?yàn)椋害?苯)<γ(甲苯)<γ(正辛烷)<γ(環(huán)己烷)。文獻(xiàn)[16]中解釋：芳香烴有強(qiáng)的溶劑化效應(yīng)，通過(guò)芳香烴π電子對(duì)水的作用要比飽和烴的大；TBDMA的吸附自由能對(duì)飽和烷烴中的作用比芳香烴中的作用小，導(dǎo)致TBDMA在芳香烴中的界面張力小于在飽和烷烴中的界面張力。

2.2 鹽酸濃度對(duì)界面張力的影響

用滴體積法測(cè)得的以環(huán)己烷、甲苯為稀釋劑TBDMA與不同酸度的水溶液的界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。隨著鹽酸濃度的增加，界面張力逐漸下降，而且下降的趨勢(shì)逐漸減緩。原因是氫離子與萃取劑TBDMA形成氫鍵，使界面張力不斷降低；當(dāng)鹽酸濃度足夠大時(shí)，萃取劑分子會(huì)形成膠束，界面張力不再變化。

CTBDMA=0.1 mol·dm-3，T=298 K

2.3 氫離子濃度對(duì)界面張力的影響

用滴體積法測(cè)得在氯離子恒定為5.0 mol·dm-3以環(huán)己烷、甲苯為稀釋劑TBDMA與氫離子溶液的界面張力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。在圖4中，隨著氫離子濃度的增大，界面張力不斷降低，可能的原因是氫離子與萃取劑TBDMA形成氫鍵。

CTBDMA=0.1 mol·dm-3，CCl-=5.0 mol·dm-3，T=298 K

2.4 氯化鈉對(duì)界面張力的影響

用滴體積法測(cè)得在以環(huán)己烷、甲苯為稀釋劑TBDMA與氯化鈉溶液的界面張力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示。在圖5中，氯化鈉對(duì)環(huán)己烷、甲苯中的TBDMA的作用是相同的：隨著氯化鈉濃度的增加，界面張力逐漸增大。TBDMA具有不溶于水的表面活性劑的性質(zhì)。氯化鈉濃度的增加使鹽析效應(yīng)不斷增強(qiáng)，TBDMA的疏水性增強(qiáng)，TBDMA對(duì)水-甲苯界面張力的改變作用逐漸減小，界面張力逐漸升高。

CTBDMA=0.1 mol·dm-3，T=298 K

3 結(jié)論

本文合成了2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了IR、1HNMR表征，純度符合實(shí)驗(yàn)要求。研究了界面張力隨時(shí)間的變化，隨著時(shí)間的增加先緩慢減小最后趨于穩(wěn)定。稀釋劑極性越大，界面張力越小。隨著鹽酸、氫離子濃度的增加，界面張力逐漸降低，當(dāng)鹽酸濃度足夠大時(shí)，萃取劑分子會(huì)形成膠束，界面張力不再變化。隨著氯化鈉濃度的增加，界面張力逐漸增大。

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(本文文獻(xiàn)格式：楊全寧，韋 兵，崔 玉.2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺與不同水溶液界面張力的研究[J].山東化工，2016，45(08)：31-33.)

浙江豐利超低溫微粉制備成套設(shè)備獲國(guó)家專利

國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)浙江豐利粉碎設(shè)備有限公司研發(fā)的超低溫微粉制備成套設(shè)備，日前獲得國(guó)家專利(ZL201420037961.5)。該專利針對(duì)生物醫(yī)藥行業(yè)一些非常規(guī)材料的粉碎需要，利用超低溫微粉制備核心技術(shù)，即先把在常溫下難以粉碎的物質(zhì)冷凍到脆化點(diǎn)以下，然后在粉碎機(jī)內(nèi)被粉碎到所需的細(xì)度，且原成份不會(huì)破壞。該設(shè)備的問(wèn)世，將給我國(guó)生物醫(yī)藥工程行業(yè)提供生產(chǎn)高附加值粉體材料的新設(shè)備，解決了在常溫下難以粉碎的生物醫(yī)藥材料的粉碎難題，將一改長(zhǎng)期以來(lái)依賴進(jìn)口的局面。

這是浙江豐利集多年生產(chǎn)各類粉碎設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，在引進(jìn)消化吸收德國(guó)HOBER超微先進(jìn)粉體技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的低溫粉碎設(shè)備――生物醫(yī)藥工程的超低溫微粉制備成套設(shè)備。

其創(chuàng)新點(diǎn)在于擁有較大的節(jié)能效果和良好的粉碎特性；采用合理的粉碎間隙、刀具形狀、粉碎結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到理想的粉碎效果；選取合適的超低溫鋼材，保證設(shè)備的穩(wěn)定性；采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面控制。該設(shè)備可粉碎在常溫下難以粉碎的物料，如中藥材、高附加值食品、動(dòng)物骨頭、高附加值生物材料等，通過(guò)低溫粉碎使這些物質(zhì)的細(xì)度大大提高；而且可利用物料的脆化溫度不同進(jìn)行選擇性粉碎，最終各自分離成純凈單一的粉體物質(zhì)。

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A study of Interfacial Tension Between 2-Dodecyl-N,N,N′,N′-tetrabutyl-malonamide With Different Aqueous Solution

Yang Quanning，Wei Bing，Lu Ping*,Cui Yu

(University of Jinan, School of Chemistry and Chemical Engineering, Jinan 250022，China)

A kind of low-polar compounds of malonamide, 2-dodecyl-N,N,N′,N′-tetrabutyl-malonamide (TBDMA), was synthesized and determined by IR and 1HNMR. The interfacial tension between aqueous phase with organic phase was measured in different condition. The experimental results showed that the interfacial tension gradually reduced with the increasing concentration of hydrochloric acid and so is the hydrogen ion, and increased with the concentration of sodium chloride, and through analyzing the experiment phenomenon, we gave a reasonable explanation.

interfacial tension; 2-dodecyl-N,N,N′,N′-tetrabutylmalonamide; drop volume; hydrochloric acid

2016-03-08

國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)21171069,21077044)

楊全寧(1989—)，山東濰坊人，碩士；通信作者：盧 萍(1971—)，女，山東濟(jì)南人，碩士。

O647.11

A

1008-021X(2016)08-0031-03