聚苯乙烯磺酸钠与季鏻盐表面活性剂复合物的结构调控及其抗菌性能

发展非抗生素抗菌策略在减少医疗器械相关的细菌感染并降低对抗生素的过度依赖方面具有重大意义。对医疗器械表面进行功能化,赋予其抗菌性能是非抗生素抗菌所采用的常用方式。聚电解质-表面活性剂复合物的醇溶、水不溶的特点使其在构建抗菌涂层方面具有操作简单、不受器械结构限制的优点,有望应用于各种医疗器械的表面功能化。本文通过构建不同烷基链长季鏻盐表面活性剂与聚苯乙烯磺酸钠聚阴离子复合物,系统研究了复合物在水溶液中的组装行为以及所制备复合物涂层的抗菌性能与表面活性剂组分疏水碳链长度之间的内在关联。通过浊度、等温滴定量热法等测试手段对聚苯乙烯磺酸钠与3种三丁基烷基季鏻盐表面活性剂在水中的组装过程进行了分析,结果表明增加表面活性剂烷基链长将促进聚电解质-表面活性剂复合物形成。通过在常用医疗器械材料表面构建复合物涂层,对比了3种复合物对两种模型菌种的抗菌性能。对于以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌,所制备的3种复合物涂层的杀菌率分别为42.9%、99.97%和99.99%,随着表面活性剂烷基链越长而提高;对于大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌,随着表面活性剂烷基链长度增加,单独季鏻盐表面活性剂的抗菌性能增强,而其对应复合物涂层的抗菌性能有所下降,杀菌率分别为99.3%、92.3%和64.8%。以上结果表明,通过优化结构,此类聚电解质-表面活性剂复合物涂层有望用于减少医疗器械相关感染。

季铵盐表面活性剂改性沸石对水体污染物吸附研究进展

随着工农业的快速发展,水中的有机物污染已经对生态环境造成了严重的污染。沸石具有比表面积大、稳定性好、阳离子交换能力强等优点,被广泛应用于水体污染物的吸附。季铵盐阳离子表面活性剂表面活性高,易于附着于沸石表面从而改变其表面电性,常被用作沸石的改性剂。综述了沸石的结构特性、季铵盐阳离子表面活性剂与沸石的相互作用、季铵盐阳离子表面活性剂改性沸石与吸附质之间的相互作用。综述改性沸石对药物、重金属离子、水溶性染料、氨氮以及酚类化合物吸附的研究进展。提出了表面活性剂改性沸石及其在水污染去除中存在的一些问题及可能的发展方向,为改性沸石在环境保护方面的实际应用提供理论指导。

新型磺酸盐双子表面活性剂的合成与性能

本文以三亚乙基四胺和长链溴代烷烃(含碳数分别为12、14和16)为原料,无水乙醇为溶剂合成中间体,再将其与3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠反应,合成系列不同疏水链长的新型磺酸盐Gemini表面活性剂C_(n)-N_(4)-C_(n)(n=12,14,16)。采用红外光谱与核磁共振氢谱对中间体和目标产物结构进行分析,判定本文所合成的最终产物符合预期。通过表面张力的测定,发现C_(12)-N_(4)-C_(12)具有较强的降低表面张力的能力,可以将其降至21.45 mN/m;此外,它的抗盐性能也是最强的,当w(C_(n)-N_(4)-C_(n))=0.1%~0.5%可以抵抗48000 mg/L的矿化度,而且溶液始终呈澄清状态。随着疏水碳链数量的增加,抗盐性能下降,即C_(16)-N_(4)-C_(16)<C_(14)-N_(4)-C_(14)<C_(12)-N_(4)-C_(12);C_(14)-N_(4)-C_(14)的乳化力最佳,达77.5%,即3种表面活性剂的乳化性能强弱顺序:C_(14)-N_(4)-C_(14)>C_(16)-N_(4)-C_(16)>C_(12)-N_(4)-C_(12)。

碱性脂肪酶与表面活性剂相互作用研究

表面活性剂是一种性能优异的合成材料,被广泛应用于工业生产、食品加工、医药制造、日用化工等领域。表面活性剂通常为阴离子和非离子两类,其作用机理不同于普通油脂所用的极性,是通过与脂肪酶的表面结合而起到乳化去污的作用。在生物催化中,表面活性剂的作用是将阴离子和非离子两类物质以静电或氢键相互作用形成一个复合体,以达到增强或降低催化活性的目的。生物催化中,往往通过模拟酶与反应底物分子之间相互作用而提高其活性,以实现更好的催化效果。表面活性剂可以与生物体内酶结合后进行催化反应,从而达到提高脂肪酶活力和生产效率的目的。目前已有大量研究表明生物催化剂对表面活性剂在生物反应过程中作用和机理与普通溶剂或常规油脂体系中所用溶剂所起作用是不同的。

羧酸盐表面活性剂与两亲聚合物相互作用研究

根据黏度和表面张力的测定数据研究了羧酸盐表面活性剂(HF-E)与两亲聚合物的相互作用,结果表明,HF-E/两亲聚合物混合溶液的表观黏度随HF-E质量浓度的增加先升高后下降;两亲聚合物的质量浓度越大,HF-E/两亲聚合物混合溶液表面张力越高;随着水的矿化度的升高,HF-E/两亲聚合物混合溶液的表观黏度先略有增加,到一定值后反而降低,而表面张力则随矿化度的增加而降低;温度升高,HF-E/两亲聚合物混合溶液的表观黏度随之降低而其与大庆模拟油间的界面张力则升高。优化后的高黏度低界面张力二元体系配方为HF-E和两亲聚合物的质量浓度分别为3和1.5 g·L-1;此外,还加入质量浓度为1 g·L-1的烷基醇酰胺(NS)。

磺酸盐阴离子双子表面活性剂与疏水缔合聚合物的相互作用

为了提高疏水缔合聚合物对高温高矿化度油藏的适用性,合成了磺酸盐阴离子双子表面活性剂,并与疏水缔合聚合物AP-P4进行了复配。实验结果表明,疏水缔合聚合物能够减少磺酸盐阴离子双子表面活性剂在界面上的吸附;质量浓度为50mg/L的磺酸盐阴离子双子表面活性剂在地层水中能大幅度地增加复配溶液的粘度;复配体系在粘度最高点时形成了粒径为54.7nm的均一聚集体;疏水缔合聚合物的加入能够诱导磺酸盐阴离子双子表面活性剂在溶液中形成棒状胶束和囊泡。由此可见,磺酸盐阴离子双子表面活性剂与疏水缔合聚合物AP-P4有良好的协同性。这种二元驱油体系有望克服三元复合驱中碱对复配体系粘度的损害,为化学驱开辟新的方向。

季铵盐表面活性剂与卵磷脂囊泡相互作用的研究

采用动态光散射、ζ电势等方法研究了季铵盐二聚表面活性剂(C12-8-C12?2Br)和十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)在卵磷脂囊泡中的增溶作用.C12-8-C12?2Br使囊泡粒径增大,促进脂双层向胶团的转变,过程明显分为三个阶段;而DTAB与囊泡的作用则相对缓和,72h内未见明显变化.此外,用亲水头基总体积的大小,讨论了这两种表面活性剂在脂质体中的吸附行为,并对实验现象加以解释说明.

蒽醌类分散染料与表面活性剂及无机盐的相互作用

通过测定蒽醌类染料分散蓝2BLN在不同浓度的阴、非离子表面活性剂及无机盐存在下的水溶液的紫外-可见吸收光谱,研究了分散蓝2BLN与表面活性剂及无机盐的相互作用.实验表明:染料的最大吸收波长会随着十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、AES、Tween80浓度的升高发生明显的红移,增加20 nm左右;且吸光度值会明显增大,直到恒定.当浓度超过某一范围时会在627 nm附近出现新的吸收峰,表明染料与表面活性剂发生了结合;而加入十二烷基苯磺酸钠的染料吸收光谱仅发生红移,没有出现新吸收峰;单独加入无机盐对染料吸收光谱几乎没有影响;但无机盐的加入会对表面活性剂胶束产生影响.

不对称季铵盐光敏Gemini表面活性剂与α-环糊精的相互作用

用紫外-可见光谱和电导方法考察了系列烷烃链端含偶氮苯基团的不对称季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-n(n=12、14、16)与α-环糊精(α-CD)的相互作用。结果表明随着增加α-CD的浓度,它先与a4-6-n的烷烃链结合,再与偶氮苯基团结合。在足量α-CD存在下,a4-6-n与其主要形成1︰2型的稳定复合物。在紫外光激发下,偶氮苯基团由平面的反式结构变为弯曲的顺式结构,其分子构型与α-CD的空腔不再匹配。一部分复合物中的α-CD从偶氮苯基团上脱离,另一部分向上移动到靠近头基的较短烷烃链上,体系中由此形成了不同结构的超分子复合物。

季铵盐阳离子双子表面活性剂C_(12)-2-C_(12)·2Br与HPC在水溶液中的相互作用

采用流变和荧光等方法研究了季铵盐阳离子双子表面活性剂C12-2-C12·2Br（S2）与水溶性高分子羟丙基纤维素（hydroxypropyl cellulose HPC）质量分数1％的水溶液的相互作用。HPC／S2水溶液在剪切速率r=0～700s^-1内均表现为牛顿型。混合溶液η0随着表面活性剂浓度的增加开始升高，在表面活性剂浓度约2．0mmol·L^-1时出现峰值，然后呈缓慢下降趋势。稳态荧光测定，I1／I3及电导测定电导率随S2浓度变化的结果表明：HPC／S2水溶液中两者相互作用，S2在HPC分子上形成了聚集体，临界聚集浓度为0．7mmol·L^-1，到2．0mmol·L^-1时溶液中自由胶团生成。

三氧乙基化十二醇醚磺酸盐与某些阳离子表面活性剂复配体系的表面活性和分子间相互作用

本文研究了三氧乙基化十二醇醚磺酸钠〔Ｃ１２Ｈ２５ＯＣ２Ｈ４）３ＳＯ３Ｎａ，简称Ｃ１２ＥＯ３Ｓ〕与十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ），十二烷基三甲基溴化铵（ＤＤＴＡＢ）复配体系在纯水溶液中的表面活性，计算了１＝１复配体系胶束形成和表面吸附的标准自由能ΔＧ＾０ｍｉｃ、ΔＧ＾０ａｄ，及分子间相互作用参数β＾ｍ、β＾ｓ，揭示了两组分相互作用的强度和混合体系表面相及胶团的组成。

季铵盐双子表面活性剂与HPC在水溶液中的相互作用

采用稳态荧光和电导方法研究了系列季铵盐阳离子双子表面活性剂C12-S-C12·2Br(S代表亚甲基的个数)与水溶性高分子羟丙基纤维素(Hydroxypropyl cellulose,HPC)在水溶液中的相互作用。实验结果表明:在低于双子表面活性剂自身临界胶团浓度(Critical miceue concentration,cmc)时,在HPC分子上发生了聚集。当E12-S-C12·2Br/HPC体系混合溶液中C12-S-C12·2Br。的浓度达到c2(c2>cmc)时才有表面活性剂自由胶团生成。揭示了临界聚集浓度(Critical aggregation concentration,cac)和C12-S-C12·2Br/HPC体系混合溶液中自由胶团生成浓度c2与系列C12-S-C12·2Br表面活性剂cmc的比例关系及与链接链S的关联。

阴离子表面活性剂与阳离子的相互作用

用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G水平上,对十二烷基磺酸盐和羧酸盐阴离子表面活性剂与阳离子(Na+,Ca2+,Mg2+)形成的离子对进行结构优化,从分子水平上研究表面活性剂与阳离子之间的相互作用.计算结果表明:磺酸盐和羧酸盐表面活性剂均采用2∶1型,即极性头中两个氧原子与阳离子发生稳定结合;在与阳离子结合之前,表面活性剂分子上的α-亚甲基带有明显的负电荷,因此将其归为极性头;但在阳离子电荷诱导下,α-亚甲基转而带有部分弱正电荷,使极性头范围缩小.计算也发现,表面活性剂尾链带有弱正电荷,使胶束内核带有了部分极性,利于表面活性剂在溶液中的聚集,此种极性介于烷烃油相和水相的极性之间.

聚丙烯酰胺与混合表面活性剂的相互作用

通过粘度和紫外吸收光谱的测定，研究了PAM与R_(12)SO_3Nα－R_(11)COONα混合表面活性剂之间的相互作用．结果表明，PAM可与混合表面活性剂形成复合物，从而使体系表现出典型聚电解质的粘度行为，可能的机理是，以流水力形成的R_(12)SO_3R_(11)COOH（Nα）预波束或二聚体通过PAM－R_(11)COOH间的氢健力相结合，进而使大分子链上带有大量负电行，静电斥力引起大分子链伸展，因而产生电粘效应．

双偶氮黄色分散染料与表面活性剂及无机盐的相互作用

应用紫外-可见分光光谱法研究了黄色双偶氮类分散染料与不同种类表面活性剂及无机盐的相互作用。结果表明:表面活性剂使黄色分散染料最大吸收波长红移,且对其有分散、增溶作用;十二烷基磺酸钠促进染料分散、增溶作用最好;无机盐对染料的最大吸收峰没有影响;NaCl对染料的分散起抑制作用,Na2SO4在低浓度时促进染料聚集,当浓度达到一定程度时,Na2SO4对染料溶液的分散起促进作用,但这种促进作用明显小于表面活性剂。

稳态荧光法研究表面活性剂/大分子相互作用

稳态荧光技术已被证明是研究表面活性剂缔合体系的重要手段,它对水介质体系中发生的相变具有十分灵敏的检测能力.结合本课题组的工作,系统地总结了利用荧光光谱技术研究表面活性剂与大分子相互作用的方法和原理.

聚合物-表面活性剂二元抗盐体系注入性能评价

针对M油田目的层油藏物性差、非均质强、矿化度高等问题,研究了新型双烷基甘油醚衍生表面活性剂(diGE-EO)的耐温抗盐性能,并利用霍尔曲线对比研究了聚合物和聚合物-表面活性剂二元抗盐体系的注入性能,分析了聚合物-表面活性剂二元抗盐体系提高M油田目的层原油采收率的可行性。研究结果表明:双烷基甘油醚衍生表面活性剂(diGE-EO)在质量浓度高于3500 mg/L时依然保持较好的抗盐性能,在85℃条件下放置超过45 d,仍能使油水界面张力降至5.73×10^(-3)mN/m,处于超低界面张力范围,可满足高矿化度油藏开发的要求。同时分析了聚合物-表面活性剂二元抗盐体系的注入性能。结果表明,当聚合物溶液质量浓度达到1500 mg/L、岩心渗透率低于200 mD时,单独注入聚合物难度增大;存在表面活性剂情况下,注入性能得到明显改善。该结果为M油田二元复合驱项目方案设计及现场实施提供了室内实验基础。

Gemini表面活性剂(12-6-12)和DNA的相互作用

应用紫外光谱、荧光探针、zeta电位、动态光散射和凝胶电泳等方法探讨了阳离子gemini表面活性剂C12H25N+(CH3)2―(CH2)6―(CH3)2N+C12H25·2Br- (12-6-12)与DNA之间的相互作用. 研究结果表明, 与传统表面活性剂相比, 偶联表面活性剂特殊的分子结构使其与DNA的作用更强烈. DNA引导表面活性剂在其链周围形成类胶束结构, 开始形成类胶束时对应的表面活性剂临界聚集浓度(CAC)比纯表面活性剂临界胶束浓度(CMC)低两个数量级. CAC与DNA的浓度无关, 而与表面活性剂之间的疏水作用以及表面活性剂与DNA之间的静电吸引作用密切相关. Zeta电位和凝胶电泳结果显示了DNA链所带负电荷逐渐被阳离子表面活性剂中和的过程. 借助原子力显微镜(AFM)成功观察到了松散的线团状DNA, 球状体随机地分散在DNA链上形成类似于串珠的结构、尺寸较大的球形复合物以及其由于吸附多余的表面活性剂重新带正电而被溶解得到的较小DNA/12-6-12聚集体. 圆二色(CD)光谱结果显示, 12-6-12可以诱导DNA的构象发生改变.

表面活性剂与聚合物相互作用的动力学模拟

用扩散颗粒动力学模拟方法 (DissipativeParticleDynamics,DPD)模拟了中性聚合物与离子型表面活性剂的相互作用 .在分子水平上研究了介于微观和宏观上的一些性质 ,直观地用三维图形描绘了聚合物在表面活性剂溶液中的聚集形态 ,并通过聚合物的末端距的变化表征了聚集过程 .结果发现 :随着表面活性剂浓度的增加 ,聚合物呈现自由伸缩→形成松散的棒状结构→再出现胶束状珍珠项链结构→最终在六角状和层状相中分布的过程 .DPD模拟方法能够直观地得到聚合物在表面活性剂溶液中的聚集形态 .

适合高温高盐碳酸盐岩油藏的表面活性剂驱油剂制备及应用

针对常规表面活性剂驱油剂无法在高温高盐碳酸盐岩油藏中发挥高效驱油作用的问题,室内以长链烷基叔胺(碳链长度为10)、环氧氯丙烷以及氯磺酸等为主要合成原料,研制出了一种适合高温高盐碳酸盐油藏的新型两性离子型Gemini表面活性剂驱油剂(GFSS-3),采用红外光谱和核磁共振氢谱(1H-NMR)对其结构进行了表征,并对其综合性能进行了评价。结果表明:GFSS-3具有良好的界面活性、耐温抗盐性能、润湿反转性能和抗吸附性能;当其质量浓度为0.2%时,在温度为120℃,矿化度为25.35×10^(4)mg/L下老化30 d后,油水界面张力值仍能达到8.9×10^(-3)mN/m;可将碳酸盐岩石表面润湿性由亲油性转变为亲水性;在岩心粉末中吸附5次后,油水界面张力值仍能达到9.2×10^(-3)mN/m;GFSS-3还具有良好的驱油效果,能使水驱后的采收率继续提高15%以上。现场应用结果表明,目标区块2口井采取注GFSS-3驱油措施后,日产油量均提升一倍以上,含水率显著降低。说明新型两性离子型Gemini表面活性剂驱油剂GFSS-3能够满足高温高盐碳酸盐岩油藏提高采收率的需求。