一種相選擇性凝膠劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種相選擇性凝膠劑及其制備方法和應用，本發明專利技術通過將兩個脲基連接在橋連雙萘骨架上得到式I所示的凝膠劑，該凝膠劑可以選擇性地進入油相，兩個脲基可以促進橋連雙萘骨架之間的非共價相互作用，以發生聚集，使得油相發生膠凝，形成穩定的凝膠，可以在室溫下進行油水分離，可用于油類以及有機溶劑泄漏的治理，并且該凝膠劑不溶于水，可以回收再利用，安全無污染，在回收海上溢油和快速分離工業含油或有機溶劑廢水等領域具有很好的應用前景。

Phase selective gel, preparation method and application thereof

The present invention provides a phase selective gel and preparation method and application thereof, the two connected to the ureido bridged bis naphthalene skeleton type are shown in the I gel, the gel can be selectively into the oil phase, two urea can promote the bridge between the two naphthalene skeleton the non covalent interaction, in aggregate, the oil gelling phase occurs to form a stable gel, can oil-water separation at room temperature, and can be used for oil leakage and treatment of organic solvent, the gel is insoluble in water and can be recycled, safety and no pollution, has good application prospects. In the recovery of oil spill and the rapid separation of industrial oil or organic solvent wastewater etc..

【技術實現步驟摘要】
一種相選擇性凝膠劑及其制備方法和應用
本專利技術屬于功能材料
，涉及一種相選擇性凝膠劑及其制備方法和應用。
技術介紹
油類泄漏對于環境和水域生態系統有著災難性的影響，而且對社會帶來重大的經濟損失。治理油類泄漏的傳統手段有吸附劑、分散劑、生物降解和固化劑等，但在實際應用中的效果不大。近期，越來越多的人對發現新型治理油類泄漏方法投以關注。其中最有前途的一種方法是用相選擇性有機凝膠因子來使水中的油形成凝膠。這種方法不僅有效且對環境友好。但是，通常需要大量的載體溶劑來均勻分散凝膠分子。這些溶劑，有的是溶于水的非凝膠溶劑，會擴散到水中；有的則是不溶于水的凝膠溶劑，會和油一起形成凝膠。在這兩種情況下，或者會給生態系統帶來影響，或者不利于油類的回收。因此，將凝膠因子以粉末的形式直接應用會更加實際且理想。CN105686971A公開了一種聚氨基酸凝膠劑及其制備方法和應用，所述聚氨基酸凝膠劑使用以質量百分數計的1-8％的-聚谷氨酸、1-4％的聚賴氨酸、3-18％的-環糊精、70-95％的水以及余量的功能成分制備而成，其主要用于面膜或者乳液等護膚品中作為添加劑，而并沒有膠凝油類的作用。CN104803850A公開了一種酯類糖基相選擇性親油凝膠因子及其制備方法以及在油品膠凝中的應用，該專利技術以甘露糖醇和中長基鏈酰氯為原料采用O-酯化反應制備得到酯類糖基相選擇性親油凝膠因子，其可以進入油相，起到膠凝的作用。CN105111108A公開了一種脂肪類叔胺雙脲小分子凝膠劑及其觸變性分子凝膠，該凝膠劑分子具有以下結構：其中R代表H或C1-C5烷基；R1-R4各自獨立的代表H或C1-C2烷基。雖然該凝膠劑具有形成剪切觸變凝膠的能力，但是只有將其在有機溶劑中加熱溶解，而后冷卻才可以起到形成穩定的剪切觸變凝膠，其可用于制備有機或無機材料的無缺陷晶體的良性介質，但卻不能用于室溫下的油水分離。因此，在本領域期望得到一種能夠直接以粉末的形式與水中的油類或有機溶劑形成凝膠的脲基有機凝膠因子。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種相選擇性凝膠劑及其制備方法和應用。本專利技術的凝膠劑可以粉末的形式與水中的油類或有機溶劑形成凝膠，在室溫下完成油水分離。為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：一方面，本專利技術提供一種相選擇性凝膠劑，所述相選擇性凝膠劑具有式I所示結構：式I中，R為C8-C18(例如C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17或C18)的直鏈烷基，優選C12直鏈烷基(即-(CH2)11CH3)。本專利技術的式I所示凝膠劑在油水混合物中可以選擇性進入油相，在油相中實現自組裝，形成物理交聯的超分子聚合物，可以使得油類(如汽油、煤油、柴油、機油)以及非極性的有機溶劑(例如正己烷、環己烷、苯、甲苯或二甲苯)形成凝膠，是一種具有相選擇性的凝膠劑。可以粉末的形式與水中的油類或有機溶劑形成凝膠，在室溫下完成油水分離。通常在兩個脲基或酰胺基之間連上平面的芳香基團，使π-π相互作用和氫鍵共同作用形成超分子聚合物，因此認為如果在兩個脲基之間引入彎曲的橋連雙萘可能會影響π-π鍵和氫鍵這兩種作用的共同作用，但是事實情況卻并不是這樣，本專利技術的相選擇性凝膠劑中兩個脲基通過橋連的雙萘骨架連接在一起后，兩個脲基可以促進橋連雙萘骨架之間的非共價相互作用，使得式I所示化合物具有膠凝劑性質。然而，如果在兩個酰胺基之間引入彎曲的橋連雙萘卻不會產生這樣的效果。在兩個脲基通過橋連的雙萘骨架連接在一起形成式I所示凝膠劑，橋連的雙萘骨架在固體狀態下，以反向平行的方式形成“從背后擁抱”的類似于“超分子聚合物”的結構，相鄰分子間存在的C-H…π相互作用和偏離中心的π…π相互作用得到最大化，并且滿足偶極作用，這種完美的組織方式能夠使所有的相互作用得到最大化，橋連雙萘之間的堆積能夠與脲基的氫鍵相互促進，在這些作用下能夠形成非常穩定的超分子聚合物。在非極性溶液中，這種效果得到放大，從而形成聚集度很高的超分子聚合物，這些聚合物進一步纏繞從而使這些溶劑形成凝膠。另一方面，本專利技術提供了如上所述的相選擇性凝膠劑的制備方法，所述制備方法為：采用式II所示的異氰酸酯與式III所示的雙胺化合物反應得到所述相選擇性凝膠劑，反應式如下：其中R為C8-C18(例如C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、)的直鏈烷基，優選C12直鏈烷基(即-(CH2)11CH3)。優選地，所述式II所示的異氰酸酯與式III所示的雙胺化合物的摩爾比≥2:1，例如2:1、2.2:1、2.4:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、4:1等，優選(2-2.5):1。優選地，所述反應在催化劑存在下進行，所述催化劑為N,N-二異丙基乙胺。在本專利技術中所述催化劑N,N-二異丙基乙胺除了可以催化反應外，還可以提高式III所示化合物在反應介質中的溶解性。優選地，所述催化劑的用量為式II所示的異氰酸酯質量的3-8％，例如3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％。優選地，所述反應的溫度為20-30℃，例如20℃、21℃、23℃、25℃、27℃、29℃或30℃。優選地，所述反應的時間為3-20h，例如3h、5h、8h、10h、12h、14h、16h、18h或20h。優選地，所述反應的介質為二氯甲烷和/或三氯甲烷；優選地，所述反應的介質為干燥的二氯甲烷和/或三氯甲烷，即進行過除水干燥處理的二氯甲烷和/或三氯甲烷。第三方面，本專利技術提供了所述相選擇性凝膠劑在膠凝油類或有機溶劑中的應用。優選地，所述油類為汽油、煤油、柴油或機油中的任意一種或至少兩種的組合。優選地，所述有機溶劑為正己烷、環己烷、苯、甲苯或二甲苯中的任意一種或至少兩種的組合。本專利技術的相選擇性凝膠劑可使油類或發生有機溶劑發生膠凝，具有油水分離能力，可用于治理油類以及有機溶劑泄漏。相對于現有技術，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術通過將兩個脲基連接在橋連雙萘骨架上得到式I所示的凝膠劑，該凝膠劑可以選擇性地進入油相，兩個脲基可以促進橋連雙萘骨架之間的非共價相互作用，以發生聚集，使得油相發生膠凝，形成穩定的凝膠，可以使得油水分離，可用于油類以及有機溶劑泄漏的治理，并且該凝膠劑不溶于水，可以回收再利用，安全無污染，在回收海上溢油和快速分離工業含油或有機溶劑廢水等領域具有很好的應用前景。附圖說明圖1為實施例1制備得到的凝膠劑的核磁氫譜圖。圖2為實施例1制備得到的凝膠劑的核磁碳譜圖。圖3為實施例1制備得到的凝膠劑的質譜圖。圖4為本專利技術凝膠劑使汽油形成凝膠的過程示意圖。圖5A為實施例1制備得到的凝膠劑的加入量為汽油質量的5.0％的情況下形成的凝膠在旋轉模式下，儲能模量(G')和損耗模量(G”)隨剪切速率的變化圖。圖5B為實施例1制備得到的凝膠劑的加入量為汽油質量的5.0％的情況下形成的凝膠在震蕩模式下，儲能模量(G')和損耗模量(G”)隨剪切應力的變化圖。圖6為在混合溶劑氘代氯仿和氘代DMSO(500:1)中不同濃度下的實施例1制備的凝膠劑的核磁氫譜圖；圖7為本專利技術的凝膠劑在汽油中形成的凝膠制備成的干凝膠的掃描電鏡圖，其標尺為5μm。圖8為利用本專利技術的凝膠劑進行油水分離的過程示意圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種相選擇性凝膠劑，其特征在于，所述相選擇性凝膠劑具有式I所示結構：

【技術特征摘要】
1.一種相選擇性凝膠劑，其特征在于，所述相選擇性凝膠劑具有式I所示結構：式I中，R為C8-C18的直鏈烷基。2.根據權利要求1所述的相選擇性凝膠劑，其特征在于，所述R為C12直鏈烷基。3.根據權利要求1或2所述的相選擇性凝膠劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法為：采用式II所示的異氰酸酯與式III所示的雙胺化合物反應得到所述相選擇性凝膠劑，反應式如下：其中，R為C8-C18的直鏈烷基。4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述式II所示的異氰酸酯與式III所示的雙胺化合物的摩爾比≥2:1，優選(2-2.5):1。5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述反應在催化劑存在下進行，所述催化劑為N,N...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣偉，姚歡，楊留攀，
申請(專利權)人：南方科技大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44