浅谈实验对化学类本科教育的重要性

化学是关系国计民生的基础自然科学学科。化学类学科的本科教育是我国高等理工科教育的重要组成部分,其目标是培养高素质的化学类专业人才。笔者结合自身在本科教学一线的工作经验,对现行的化学类本科教育提出了几点想法,以期探索出有利于提高化学类本科生综合素质的教学方法,培养出具有更加扎实的理论基础和更强动手能力的人才。     

Gemini型表面活性剂在离子液体中构筑的溶致液晶

通过差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、热台偏光显微镜(POM)和红外光谱仪等手段研究了Gemini表面活性剂在硝酸乙基铵(EAN)中构筑的溶致液晶体系(lyotropic liquid crystal,LLc)的性质。结果表明,在液晶区内,所形成的溶致液晶均为层状介晶A相(SmA),且EAN主要存在于液晶相分子层的极性亚层中;液晶相稳定存在的温度区间随Gemini表面活性剂的浓度、尾链长度的增加而变大,随联接链的增加表现出先增大再减小的趋势;羟基削弱了离子头基与反离子间的相互作用,进而缩小了液晶相稳定存在的温度区间。     

浅谈物理化学和物理化学实验课程教学改革

物理化学是化学化工及相关专业重要的基础理论课,对于培养高素质化学化工专业人才具有十分重要的作用。物理化学课程离不开实验教学。本文对物理化学及物理化学实验课程中的教学方法、教学内容、学生综合素质的培养等教学改革中常见的问题进行了探讨分析。     

羧酸盐型表面活性剂对功能化Gemini表面活性剂流变性质的影响

利用稳态和动态剪切实验考察了功能化Gemini表面活性剂1,3双-(二羟乙基十二烷基溴化铵)-丙烷[简写为12(2OH)-3-12(2OH)·2Br]与传统阴离子表面活性剂(十二酸钠、十四酸钠和十六酸钠)混合体系在25℃下的流变性质。12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的浓度为50 mmol/L时,十二酸钠、十四酸钠和十六酸钠均可以增强溶液的黏弹性。十二酸钠与12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的混合摩尔比β为0.3时,溶液的零剪切黏度η0出现最大值,为12.35 Pa·s,平台模量G'∞为31.88 Pa;β=0.4时,G'∞值为14.67 Pa。混合体系的黏弹性顺序为:十二酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br十四酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br十六酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br。改变12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的浓度到60 mmol/L且十二酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的混合摩尔比β为0.3时,零剪切黏度η0和平台模量G'∞均增大,分别为33.92 Pa·s和46.41 Pa。     

SDS 与相反电荷的 Bola 两亲分子混合水溶液性质

考察了4个含有季铵头基的Bola两亲分子ArN-n-NAr(n=4,6,8,10)与SDS(十二烷基硫酸钠)混合水溶液的溶液性质。ArN-n-NAr/SDS混合体系表现出在降低表面张力效率(c20)和能力(γCMC)以及胶束生成能力(CMC)的明显增效。c20在混合水溶液中均比单纯组分低,在等电点(0.33)时出现最小值,分别为0.076 mmol/L(n=4),0.048 mmol/L(n=6),0.046 mmol/L(n=8)和0.026 mmol/L(n=10)。与单组分SDS相比,混合体系的CMC出现明显降低,其中ArN-10-NAr/SDS混合体系的CMC比SDS单组分降低了9倍多(从2.40 mmol/L降至0.26 mmol/L)。混合体系中ArN-n-NAr连接链的伸直长度分别为0.635 nm(n=4),0.889 nm(n=6),1.143 nm(n=8)和1.397 nm(n=10),通过与静电平衡距离(⁰.9 nm)比较得知气/液界面混合吸附层的外表层完全由SDS构成,ArN-n-NAr分子分布在亚表层,依据两头基间连接链长度的不同,ArN-n-NAr(n=4,6,8)采取横躺的方式,ArN-10-NAr采取直立的方式。     

双-十二醇聚氧乙烯醚甲基羧基甜菜碱的合成及性能

双十二烷基甲基甜菜碱(diC₁₂B)是一种优良的无碱驱油用表面活性剂,但由于亲油性太强,在水中的溶解性较差,并且在油砂表面具有较大的吸附量。本文试图在diC₁₂B分子中引入EO基团,以改善其性能。为此以溴代十二烷和三缩四乙二醇为原料合成了单分布的十二醇聚氧乙烯(4)醚,再经氯代并与一甲胺和氯乙酸锂反应,最终合成了双十二醇聚氧乙烯(4)醚甲基羧基甜菜碱(diC₁₂EO₄B)。产物经核磁和质谱表征,证明与目标产物的分子结构相符。与diC₁₂B相比,diC₁₂EO₄B在水中的溶解度显著增加,25℃时达到1.5×10^-4mol/L,是diC₁₂B 的3倍左右,45℃下在石英砂/水界面的饱和吸附量是diC₁₂B的70%左右。diC₁₂EO₄B保留了diC₁₂B的高表面活性,如较低的临界胶束浓度,1.6×10^-5mol/L;较高的降低表面张力的效能,g_cmc=29.3mN/m;在空气/水界面具有较大的饱和吸附量,6.5×10^-10mol/cm²;和较小的分子截面积,0.26nm²。diC₁₂EO₄B具有优良的降低油/水界面张力的能力,45℃下单独能将大庆地层水/C₇~C₉正构烷烃界面张力降至10^-3mN/m数量级,将大庆原油/地层水的界面张力降至10^-2mN/m数量级。通过与亲油性表面活性剂diC₁₂B以及C₁₆B复配,能在0.0625~5mmol/L总浓度范围内将大庆原油/地层水的界面张力降至10^-3mN/m数量级,无需加入任何碱或电解质。     

脱酯基茶皂素的制备与性能

以茶皂素为原料,通过胺解反应获得了脱酯基茶皂素。由于脱酯基茶皂素少了两个酯基连接基团的空间阻碍作用,与茶皂素相比,表现出了更强的聚集能力;茶皂素的临界胶束浓度C_cmc和临界胶束浓度时对应的表面张力值γ_cmc分别为0.54 g/L和40.4 mN/m,脱酯基茶皂素的C_cmc和γ_cmc分别为0.25 g/L和47.6 mN/m。同时,脱酯基茶皂素新生成的两个羟基进一步增强了与水分子的相互作用,使液膜内水分不易流失,虽然初始泡沫高度(起泡能力)略低于茶皂素,但泡沫高度开始明显下降的时间达到了1360min,表现出更为持久的泡沫稳定性。     

油酸基三聚表面活性剂的合成与性能

以油酸为主要原料,采用微波辅助的方法合成了具有顺式-9-十八烯链和短联接链的三聚季铵盐表面活性剂18:1-2-18:1-2-18:1。该表面活性剂具有极强的聚集能力,临界胶束浓度为3.34 μmol/L。胶束的离子解离度为0.26。18:1-2-18:1-2-18:1达到5.2%时即可使溶液凝胶化,表现出良好的黏弹性。     

1,3-双癸基甘油醚乙氧基化物的合成与性能研究

以癸醇、环氧氯丙烷以及环氧乙烷为原料,合成了双烷基型非离子表面活性剂1,3-双癸基甘油醚乙氧基化物(diC10GE-EOn)。中间产物1,3-双癸基甘油醚(diC10GE)经红外、核磁和质谱检验证明为目标化合物。diC10GE-EOn(n=6.5～12.5)具有优良的表面活性,25℃下cmc为7.50×10-7～1.24×10-6mol·L-1,在空气/水界面上的饱和吸附量大于1.0×10-9mol.cm-2,分子截面积小于0.16 nm2。diC10GE-EO6.5具有良好的亲油性,通过与羧基甜菜碱类两性表面活性剂复配,其中diC10GE-EO6.5的摩尔分数为0.4,在总表面活性剂质量分数为0.05%～0.50%时可使大庆四厂原油/地层水平衡界面张力降到10-3mN.m-1数量级,无需添加任何碱、中性电解质或助表面活性剂。     

十八烷基己基甲基羧基甜菜碱的合成及性能

以硬脂酸和己酸为原料合成了不对称双长链烷基羧基甜菜碱——十八烷基己基甲基羧基甜菜碱(C18+6B),测定了C18+6B的表面活性,并与总碳原子数相等的对称型双十二烷基甲基羧基甜菜碱(di C12B)进行比较,以了解表面活性剂分子结构对性能的影响。结果表明,C18+6B的表面活性与di C12B基本相当,但水溶性远好于di C12B。作为无碱驱油用表面活性剂,C18+6B对大庆原油来说HLB值略偏高,45℃下单独使用能将大庆原油/地层水界面张力降至10-2m N/m数量级,在大庆油砂上的饱和吸附量比di C12B低30%。C18+6B单独能将C7~C9正构烷烃/大庆地层水界面张力降至10-3m N/m数量级,而通过与亲油性更强的di C12B以及亲水性甜菜碱复配后,能将大庆原油/地层水界面张力降至10-3m N/m数量级,并能显著改善配方的水溶性。