基本信息
- 项目名称：
- 1 -丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/阴离子表面活性剂/水组成的新型双水相体系的相行为
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 双水相体系已被认为是一种经济有效的下游加工方法，因为它们可以提供一个温和的生物物质的分离环境而被广泛的应用于各种生物材料的分离和纯化。较低的成本，两相之间具有显著的密度差异以及低粘度的优良特性而导致更快的分离速度[1-5]。由表面活性剂形成的双水相体系由于能够保持生物材料的活性而开辟了分离和纯化生物材料的新的途径[8-15]。到目前为止，由离子液体和离子表面活性剂形成的ATPS还未见报道。
- 详细介绍：
- 在这项工作中我们首次发现，当一个亲水性的离子液体1 -丁基- 3 -甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim] BF4的），被加入到阴离子表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）溶液中时，能够被诱导形成水溶液两相体系（ATPS）。上相是表面活性剂富集相，下相是IL富集相。研究了ATPS系统的相分离行为、相分离时间和相体积比。为了解ATPS的形成机制，考察了温度、剪切力、表面活性剂和离子液体浓度对ATPS的影响。确定了ATPS上下相的组成分布。结果表明，这些ATPS体系拥有离子液体/盐、阴、阳离子表面活性剂组成的ATPS的优点，如制备简单，成本低，可回收利用等。并且可作为分离体系用于纯化和分离一些有用的生物材料。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 双水相体系具有较低的成本，两相之间具有显著的密度差异以及低粘度的优良特性而导致更快的分离速度被广泛应用在生物材料的分离与提纯领域。因此研究和开发新的双水相新体系具有重要意义。 在参与指导老师魏西莲教授的科研课题实验中，通过实验发现目前在世界范围内人们给予极大关注的室温离子液体和阴离子表面活性剂可以形成双水相体系，促使我们对这一新的双水相体系的性能和微观结构进行详细研究。
科学性、先进性及独特之处
- 虽然由离子液体（IL）和盐组成的双水相体系相关的理论和应用研究文章不断涌现，到目前为止，由离子液体和离子表面活性剂形成的ATPS还未见报道。论文用多种现代化手段研究了这一新的双水相形成的机制，是一个开创性的研究工作。这个新体系的独特性在于拥有离子液体/盐、阴、阳离子表面活性剂组成的ATPS的综合优点，如制备简单，成本低，可回收利用等。
应用价值和现实意义
- 这个新的两相体系（ATPS）拥有离子液体/盐，阴、阳离子表面活性剂组成的ATPS的优点，如制备简单，成本低，可回收利用等。对辣椒色素的分离试验表明，该体系可作为分离体系用于纯化和分离一些其他有用的生物材料。对于生物物质的分离和提纯具有重要意义。具有广阔的应用前景。
学术论文摘要
- 阴离子表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）和离子液体（1 -丁基- 3 -甲基咪唑四氟硼酸盐，离子液体[Bmim] BF4中）和水的混合物在一定组成范围内能自发形成两个独立的水相（水溶液两相体系，ATPS）：一个是表面活性剂富相，另一种是离子液体富相。在10.0，20.0和30.0℃下分别测定了十二烷基苯磺酸钠/ [离子液体] BF4/水三元体系的相图。采用浊度滴定法确定了不同特定区域的边界线。结果表明：双水相区域接近水 - 离子液体[Bmim] BF4的一侧，比较狭窄。分别探讨了双水相的形成条件，组分以及物化性能。同时测定了温度、表面活性剂和离子液体的含量对ATPS的相分离时间和相体积比的影响。用透射电子显微镜（TEM）和稳态荧光猝灭测量（SFQM）技术得到的结果表明，引起相分离的原因可能是体系中存在较大的胶束聚集体。
获奖情况
- “Soft Matter”2009. （该杂志为SCI一区杂志，影响因子4.93） 说明：发表文章的最后的页码还未刊出，但在网络上可以查询
鉴定结果
- 发表的学术论文
参考文献
同类课题研究水平概述
- 国内的陈莉研究了正负离子表面活性剂混合体系双水相的相行为及其成相规律，考察了表面活性剂的分子结构和溶液环境的影响。观察到三种类型的双水相：1) 在混合比例偏离1:1的两个狭长区域内形成双水相；2) 在跨过混合比例1:1的一个区域内形成双水相；3) 仅在阳离子表面活性剂过量时形成双水相。 研究了双水相的上相（富表面活性剂相）中聚集体分布的变化。表明在一定的浓度范围内，上相中聚集体的分布主要决定于混合比例，表面活性剂浓度对其影响很小。从内能和熵两个方面，探讨了双水相的成相机理。 测定了双水相的液液界面张力，结果表明与双水相的类型相对应，界面张力的变化曲线也分为三类。随着混合比例偏离1:1，界面张力逐渐减小。 发现烷基磺酸钠-烷基三乙基溴化铵（C8,10NE-C8,10,12SO3、C12,14NE-C8SO3）混合体系在所研究的浓度范围内，任意混合比例时均可形成稳定的均相溶液。该均相体系中聚集体呈窄分布，聚集体半径随表面活性剂浓度的变化不太大。温度对聚集体的影响很小。指出将阴离子表面活性剂的头基由硫酸盐换成磺酸盐，并适度增大烷基季铵盐阳离子的头基，可以极大地改善混合体系的水溶性。 研。结果表明，这三种添加物对体系聚集体和相行为的影响大不相同。癸醇使聚集体长大，癸烷使聚集体减小，甲苯使聚集体先长大再减小。癸醇的加入会导致复杂的相行为变化，随着癸醇的增加，混合体系可以两度形成双水相。 比较了烷基硫酸钠和烷基磺酸钠的正负离子表面活性剂混合体系差别。结果表明，与单一体系相反，烷基磺酸钠-烷基季铵盐体系的水溶性远高于烷基硫酸钠-烷基季铵盐。这两类混合体系在相行为和聚集体的分布上存在明显的差别。这些差别源于分子间相互作用大小的不同。 总结了正负离子表面活性剂混合双水相体系和均相体系之间的关系，指出通过对表面活性剂的结构、溶液的组成和环境的调控可以实现两者的相互转变。
