2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺与不同水溶液界面张力的研究

杨全宁，韦 兵，卢 萍，崔 玉

(济南大学 化学化工学院，山东 济南 250022)

2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺与不同水溶液界面张力的研究

杨全宁，韦 兵，卢 萍*，崔 玉

(济南大学 化学化工学院，山东 济南 250022)

合成了一种低极性四丁基丙二酰胺类萃取剂：2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)，并用红外、核磁确证该物质。探究了不同条件下，TBDMA与水溶液的界面张力。实验结果表明：界面张力随着盐酸浓度的升高逐渐降低，随着氢离子浓度的升高逐渐降低，随着氯化钠浓度增大逐渐升高；并通过对实验现象分析，我们给出合理的解释。

界面张力；2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺；滴体积；盐酸

溶剂萃取法因其分离效率高，能耗低等优点被广泛应用于湿法冶金、石油化工、稀土分离提纯、核燃料提取、后处理[1-2]。丙二酰胺类萃取剂因合成制备简单，可循环使用，降解产物并对环境不产生二次污染等优点，在萃取分离中被广泛应用[3]。有关丙二酰胺萃取铀、钍、稀土的热力学已有很多报道[4-6]。由于萃取发生在萃取剂有机相与被萃金属离子水相液-液界面，界面张力的研究对于冶金、提油、去污方法的改良等有着重要的作用[7]，界面张力会通过影响传质速度，进而影响萃取的效率[8]。因此研究液-液界面性质[9-11]，不仅有助于目前萃取工艺的优化、有利于新的分离体系工艺开发，也有利于形成新的更加高效的萃取方法和新的工艺设备流程，对于丰富萃取化学理论、发展萃取动力学分离新技术具有重要意义。

本文在N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺两个羰基间亚甲基碳上加上一个十二烷基，大大降低了该萃取剂的极性，亲油性好。解决了N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺的水溶性的问题，便于后续的萃取研究的进行。主要研究了不同条件下，TBDMA与水溶液的界面张力，并给出一定的解释。对进一步研究TBDMA在不同稀释剂中与含金属离子水溶液界面行为奠定了一些理论基础，对研究萃取剂分子在有机相中的扩散和在两相界面的吸附动力学有重要的意义。

1 实验试剂和仪器

1.1 试剂和仪器

N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBMA)的合成参考文献[12]，2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)的合成参考文献[13]。2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺(TBDMA)经IR、1HNMR表征符合萃取实验要求。核磁表征数据如下：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)。实验中使用的有机试剂都是分析纯。

主要实验仪器：玻璃恒温水浴SYP-Ⅲ， 南京桑力电子设备厂；电子分析天平BS210S，北京赛多利斯天平有限公司；微量注射仪BYZ-810T，长沙比扬医疗器械有限公司；立纯实验室超纯水制造系统LCT-11-20T，济南立纯水处理设备有限公司；电子数显卡尺，广陆数字测控股份有限公司。

1.2 试验方法

实验采用滴体积测定界面张力。采用公式(1)进行计算

γ=(ρ1-ρ2)Vg/2πrφ

(1)

ρ1为液体密度较大相，ρ2为液体密度较小相，V为液滴的体积，r为毛细管滴头半径，γ为液体1、2间的界面张力。φ值由参考文献[14]获得。

2 结果与讨论

2.1 稀释剂对界面张力的影响

用滴体积法测得的以正辛烷、苯、甲苯、环己烷为稀释剂界面张力随时间的变化情况，它们具有相同的趋势，正辛烷做稀释剂时界面张力的变化如图1所示。

图1 正辛烷为稀释剂界面张力的变化

由图1可知，随着液滴形成时间的增加，界面张力先缓慢减小后趋于稳定，随着萃取剂浓度的增大界面张力逐渐减小。可能由于液滴形成时间较短时，滴管内液体流动速度较快，流体动力学效应的影响[15]不能忽略；液滴形成时间较长时，流体动力学效应可以忽略，界面张力稳定时，界面上达到吸附-解吸附平衡。液滴形成的稳定时间约为60 s，所以在考察其他因素影响时，液滴形成时间均控制在 60 s以上，以保证界面处于稳定状态。考察液滴形成时间对于研究萃取剂分子在有机相中的扩散和在两相界面的吸附动力学有重要的意义。

用滴体积法对0.001 mol·dm-3的不同稀释剂(正辛烷、苯、甲苯、环己烷)条件下的界面张力，见图2。

CTBDMA=0.001 mol·dm-3，T=298 K

由图2可知：不同稀释剂条件下的2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺溶液与水溶液界面张力明显不同，界面张力的大小顺序为：γ(苯)<γ(甲苯)<γ(正辛烷)<γ(环己烷)。文献[16]中解释：芳香烃有强的溶剂化效应，通过芳香烃π电子对水的作用要比饱和烃的大；TBDMA的吸附自由能对饱和烷烃中的作用比芳香烃中的作用小，导致TBDMA在芳香烃中的界面张力小于在饱和烷烃中的界面张力。

2.2 盐酸浓度对界面张力的影响

用滴体积法测得的以环己烷、甲苯为稀释剂TBDMA与不同酸度的水溶液的界面张力实验结果如图3所示。随着盐酸浓度的增加，界面张力逐渐下降，而且下降的趋势逐渐减缓。原因是氢离子与萃取剂TBDMA形成氢键，使界面张力不断降低；当盐酸浓度足够大时，萃取剂分子会形成胶束，界面张力不再变化。

CTBDMA=0.1 mol·dm-3，T=298 K

2.3 氢离子浓度对界面张力的影响

用滴体积法测得在氯离子恒定为5.0 mol·dm-3以环己烷、甲苯为稀释剂TBDMA与氢离子溶液的界面张力实验数据如图4所示。在图4中，随着氢离子浓度的增大，界面张力不断降低，可能的原因是氢离子与萃取剂TBDMA形成氢键。

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

2.4 氯化钠对界面张力的影响

用滴体积法测得在以环己烷、甲苯为稀释剂TBDMA与氯化钠溶液的界面张力实验数据如图5所示。在图5中，氯化钠对环己烷、甲苯中的TBDMA的作用是相同的：随着氯化钠浓度的增加，界面张力逐渐增大。TBDMA具有不溶于水的表面活性剂的性质。氯化钠浓度的增加使盐析效应不断增强，TBDMA的疏水性增强，TBDMA对水-甲苯界面张力的改变作用逐渐减小，界面张力逐渐升高。

CTBDMA=0.1 mol·dm-3，T=298 K

3 结论

本文合成了2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺，并对产物进行了IR、1HNMR表征，纯度符合实验要求。研究了界面张力随时间的变化，随着时间的增加先缓慢减小最后趋于稳定。稀释剂极性越大，界面张力越小。随着盐酸、氢离子浓度的增加，界面张力逐渐降低，当盐酸浓度足够大时，萃取剂分子会形成胶束，界面张力不再变化。随着氯化钠浓度的增加，界面张力逐渐增大。

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(本文文献格式：杨全宁，韦 兵，崔 玉.2-十二烷基-N,N,N′,N′-四丁基丙二酰胺与不同水溶液界面张力的研究[J].山东化工，2016，45(08)：31-33.)

浙江丰利超低温微粉制备成套设备获国家专利

国家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司研发的超低温微粉制备成套设备，日前获得国家专利(ZL201420037961.5)。该专利针对生物医药行业一些非常规材料的粉碎需要，利用超低温微粉制备核心技术，即先把在常温下难以粉碎的物质冷冻到脆化点以下，然后在粉碎机内被粉碎到所需的细度，且原成份不会破坏。该设备的问世，将给我国生物医药工程行业提供生产高附加值粉体材料的新设备，解决了在常温下难以粉碎的生物医药材料的粉碎难题，将一改长期以来依赖进口的局面。

这是浙江丰利集多年生产各类粉碎设备的经验，在引进消化吸收德国HOBER超微先进粉体技术的基础上，创新开发出具有国际先进水平的低温粉碎设备――生物医药工程的超低温微粉制备成套设备。

其创新点在于拥有较大的节能效果和良好的粉碎特性；采用合理的粉碎间隙、刀具形状、粉碎结构来达到理想的粉碎效果；选取合适的超低温钢材，保证设备的稳定性；采用自动化控制系统，实现良好的人机界面控制。该设备可粉碎在常温下难以粉碎的物料，如中药材、高附加值食品、动物骨头、高附加值生物材料等，通过低温粉碎使这些物质的细度大大提高；而且可利用物料的脆化温度不同进行选择性粉碎，最终各自分离成纯净单一的粉体物质。

咨询热线：0575-83105888、83100888、83185888、83183618 网址：www.zjfengli.com 邮箱：fengli@zjfengli.cn

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

国家自然科学基金(编号21171069,21077044)

杨全宁(1989—)，山东潍坊人，硕士；通信作者：卢 萍(1971—)，女，山东济南人，硕士。

O647.11

A

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