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摘 要

与传统的表面活性剂相比，阳离子gemini 表面活性剂具有优良的水溶性、润湿性、钙皂分散性和更低的临界胶束浓度，但是阳离子表面活性剂具有较高生物毒性，在使用后大量排放到环境中，如果不能快速降解，则会对环境和人体带来一定危害。本文利用化学品快速生物降解性：密闭瓶法试验，来测量咪唑盐型gemini表面活性剂 LCZM-12、C₁₂-S2、GMBr-12和单子阳离子表面活性剂MBr-12的生物降解性。结果表明含有酯基的LCZM-12的生物降解性最好，GMBr-12的生物降解性最差，说明在阳离子型双子表面活性剂中引入易生物降解的酯基利于生物降解；直链烃型表面活性剂LCZM-12比支链型表面活性剂C₁₂-S₂的生物降解更快且更为完全。

关键词：阳离子型gemini表面活性剂；密闭瓶法试验；生物降解性

Study on the Biodegradability of Cationic gemini surfactant

Abstract

Compared with traditional surfactants, cationic gemini surfactant showed an excellent water soluble, wettability, lime soap dispersing ability and lower critical micelle concentration. A large number of cationic surfactant after used are released into the environment, because cationic surfactant showed high biological toxicity, if the surfactants could not rapid degradation, it will bring a certain harm to the environment and human. In this paper, we use chemical fast biodegradablity: airtight bottle method test to measure biodegradability of the imidazole salt gemini surfactant LCZM - 12, C₁₂ - S₂, GMBr – 12 and cationic surfactant MBr - 12. The results showed that the biodegradability of LCZM-12 which containing ester is the best, the biodegradability of GMBr-12 is the worst. The introduction of ester which easily biodegradable in cationic gemini surfactants will be good for biodegradation. Compared with branched chain surfactant C₁₂ - S₂ , the straight-chain hydrocarbon surfactant LCZM-12 showed the faster and more complete biodegradability.

Keywords：Cationic gemini surfactant；airtight bottle method test；Biodegradability

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1．1 Gemini表面活性剂的研究概况 1

1.1.1 Gemini表面活性剂的结构与特点 1

1.1.2 Gemini表面活性剂的合成 2

1.1.3 Gemini表面活性剂的应用 3

1.1.3.1洗涤剂 3

1.1.3.2化妆品及个人护理品添加剂 3

1.1.3.3造纸助剂 3

1.1.3.4织物染整 4

1.1.3.5杀菌剂 4

1.2表面活性剂的毒性 4

1.3表面活性剂的生物降解 5

1.4本文思路 6

第二章 实验部分 7

2.1实验药品与仪器设备 7

2.2咪唑盐型gemini和单子阳离子表面活性剂结构 8

2.3咪唑盐型gemini和单子阳离子表面活性剂的生物降解 9

2.3.1接种物 9

2.3.2培养基贮备液 9

2.3.3降解过程 9

2.4溶解氧测定 10

2.4.1硫代硫酸钠的标定 10

2.4.1.1溶液配制 10

2.4.1.2标定 10

2.4.2碘量法测测水中溶解氧 10

2.4.2.1溶液配制 10

2.4.2.2测量 10

2.5降解率计算 11

第三章 结果和讨论 12

3.1硫代硫酸钠的标定结果 12

3.2表面活性剂的生物降解性 12

第四章 结论与展望 15

4.1结论 15

4.2展望 15

参考文献 16

致谢 18

第一章 前言

1．1 Gemini表面活性剂的研究概况

1.1.1 Gemini表面活性剂的结构与特点

1974年，戴尼格(Deinega)首次成功合成了双子表面活性剂；随后，日本的欧卡汉日(Okahara)以及美国的F M门格(Menger)、C．A李涛(Littau)等也系统地合成了双子表面活性剂，并确定了它们的基本性质；将其命名为Gemini型表面活性剂(双子表面活性剂)，又称孪联表面活性剂、二聚表面活性剂等。

双子表面活性剂是由两个亲水头基和两个疏水尾基通过一个连接基在其亲水头基或靠近亲水头基处连接而成的一类新型表面活性剂(图 1) ^[1], 通常表示为m-s-m', 其中m, m', s分别代表两侧疏水链及中间连接基上的碳原子个数. 如果 m＝m', 称为对称型双子表面活性剂; m≠m'则为不对称型双子表面活性剂. 同常规表面活性剂一样, 根据亲水头基的性质, 双子表面活性剂可以分为阳离子、阴离子、非离子和两性离子型四大类.

Gemini表面活性剂因其特有的双疏水长链和双亲水链构型，与普通表面活性剂相比，呈现出了许多独特的性能^[2-6]：(1)、容易吸附于两相界面，而且形态多样，其溶液界面活性高。(2)、极易聚集形成胶团，临界胶束浓度(CMC)低；较传统表面活性剂低2—3个数量级，使用浓度可大大降低。(3)、具有很低的Krafft点，水溶性好；其水溶性随亲水基的类别和含量而变化。(4)、增溶性好，对有机物质的增溶能力随烷基疏水长链的增大而增大(以阳离子Gemini为例)。(5)、与其它常规表面活性剂协同效应强。(6)、具有独特的流变性和粘弹性；1％时，即可生成巨大的线形胶团，具有明显的粘弹特性。从而使双子表面活性剂在油田开发中具有巨大的潜在应用前景。

阳离子表面活性剂，是其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带正电荷的表面活性剂。亲油基一般是长碳链烃基。亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子。分子中的阴离子不具有表面活性，通常是单个原子或基团，如氯、溴、醋酸根离子等。阳离子表面活性剂带有正电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相反，两者配合使用一般会形成沉淀，丧失表面活性。它能和非离子表面活性剂配合使用。由于阳离子表面活性剂的价格较高，一般不用作润湿剂、乳化剂或洗涤剂。具有强杀菌力，广泛用作杀菌剂和消毒剂。具有强吸附力，能在表面生成亲油性薄膜产生阳电性，可用作纺织品的柔软剂和静电防止剂等。

1.1.2 Gemini表面活性剂的合成

对称型gemini表面活性剂是指分子结构中含有相同的极性头基和相同的疏水尾链的表面活性剂 ，与非对称gemini表面活性剂比较，由于合成和分离比较容易，对这类表面活性剂的研究比较广泛， 已合成的表面活性剂有阴离子型 、 阳离子型和非离子型等。池田工等人^[7-8]介绍了一系列阳离子型表面活性剂的制备方法,其中以含有酰胺基和酯基而易生物降解化合物和多烷基、多季铵盐阳离子表面活性剂引起了人们的关注。

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