一种缩酮类糖醇基小分子凝胶因子及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种缩酮类糖醇基小分子凝胶因子的制备及其在油品胶凝中的应用， 属于功能高分子与自组装超分子材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着现代工业的迅速发展，海上漏油事故愈来愈多，含油污水问题日益恶 化。这给地球生态和人类生存环境造成了巨大的破坏。据报道，每年由于事故溢入到海洋中 的石油总量大约在2-10Mt ;中国沿海地区平均每4天发生一起溢油事件，这对海洋环境造成 了巨大的威胁。因此，如何高效快速低成本处理油品污染已经成为摆在科学家面前的严峻 课题。
[0003] 目前，可以用来治理油品污染的常用方法主要有分散剂法和吸附剂法。分散剂法 就是利用分散剂将油层乳化淡化污染，这种方法操作简单，但是并没有根本上去除污染，只 是使污染在一定程度上得到了淡化;吸附剂法具有吸收油品品种多，回收方便等优点，但是 对粘度大、分子链长的油品吸附效果不好。近年来发展的小分子量凝胶因子在治理油品污 染方面取得了显著成效，具有良好的前景。该类凝胶因子主要利用小分子间的自组装作用， 形成物理凝胶，而应用的小分子结构单元通常环保无污染、生物相容性好。小分子凝胶因子 主要有环保、高效、重复性能好等优点。小分子凝胶因子的主要机理是，在溶剂存在下，小分 子之间通过氢键、范德华力、Ji-Ji共辄等非共价键相互作用，首先在一维方向上自组装形成 微观的纤维状、带状、管状等结构，进而相互缠结形成三维网状结构。在此基础上，进一步利 用毛细作用力、表面张力等将油相分子固定在网格内。小分子凝胶因子能否胶凝油品的关 键在于凝胶因子之间以及凝胶因子与溶剂分子之间的相互作用能否达到一种恰当的溶解-簇集平衡。小分子凝胶网络的非共价结合特性使其形成与破坏具有潜在的可逆性。在受到 热、电、光、声和机械剪切等刺激时，有可能发生相态变化。除去刺激后，这种相态变化还可 能发生逆转，表现为可逆刺激应变性，这极大提高了小分子凝胶因子的重复利用性能。
[0004] 小分子凝胶因子具有价格低廉、快速高效、生物相容性好、可重复利用等优点，其 研发和发展对于快速有效地处理近年来频发的油品污染事故具有重大意义，其产品可以在 多个领域得到广泛的应用。但是，在实际应用中，成本高、制备工艺复杂、胶凝油类品种少、 形成的凝胶强度低等问题限制了小分子凝胶因子的进一步推广与应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种缩酮类糖醇基小分子凝胶因子的制备方法旨在克服 当前小分子凝胶因子应用过程中制备工艺复杂、成本高和最小胶凝浓度偏高等问题。本发 明以六元糖醇为基体，通过对其修饰亲油基团，实现对凝胶因子的亲油化改性。
[0006] 本发明所制备的缩酮类糖醇基小分子凝胶因子可以在油水混合两相体系中选择 性胶凝油相。通过分子间氢键等非共价键相互作用进行自组装，形成物理交联的超分子结 构，进而通过表面张力和毛细作用力固定油相，达到胶凝油品的目的。本发明解决了当前凝 胶因子制备工艺复杂、成本高和胶凝浓度大等问题。
[0007] 本发明的技术目的通过如下技术方案予以实现：
[0008] 缩酮类糖醇基小分子凝胶因子，采用甘露糖醇或者山梨糖醇，与2,2_二甲氧基丙 烷进行反应，如附图3所示，按照下述步骤进行：
[0009] 步骤1，将六元糖醇均匀分散在溶剂中，待温度升至55-75°C时加入2,2-二甲氧基 丙烷和对甲苯磺酸，恒温搅拌反应至少2小时，优选2.5-4.5h;
[0010] 步骤2,待反应结束后自然冷却至室温20-25摄氏度，并利用三乙胺调节体系pH值 为中性，所述pH值为7-7.2;
[0011]步骤3,使用旋转蒸发器减压蒸馏去除反应液中的溶剂，并使用乙酸乙酯对减压蒸 馏后残余的固体物质进行浸泡和萃取；
[0012] 步骤4，使用蒸馏水对乙酸乙酯相进行洗涤并静置和分液，保留乙酸乙酯相并使用 无水硫酸镁进行干燥；
[0013] 步骤5,对乙酸乙酯相进行蒸发浓缩，得到白色固体进行收集，即为本发明的缩酮 类糖醇基小分子凝胶因子。
[0014] 在上述技术方案中，所述步骤1中，六元糖醇可选用甘露糖醇或者山梨糖醇中的一 种;溶剂选用四氢呋喃、N，N_二甲基甲酰胺或者二氯甲烷，加入量为六元糖醇质量的15-25 倍，优选18-22倍;2，2-二甲氧基丙烷加入量为六元糖醇的物质的量的1.5-2.5倍，优选 2.0-2.2倍;对甲苯磺酸为六元糖醇质量的0.05-0.25倍，优选0.1 -0.2倍。
[0015]在上述技术方案中，所述步骤4中，蒸馏水与乙酸乙酯的体积比为1: (1一3)，优选 1:(1.5-2)〇
[0016] 本发明所制备的缩酮类糖醇基小分子凝胶因子可以用来胶凝多种有机溶剂和油 类，如植物油、润滑油、汽油、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、四氯化碳等，胶凝过程在l〇_25min之 内完成，且临界凝胶浓度低，具有高效胶凝油品能力和油水分离能力。
[0017] 本发明的技术方案采用六元糖醇和2,2_二甲氧基丙烷反应进行制备缩酮类糖醇 基小分子凝胶因子。以实施例2为例(鉴于甘露糖醇、山梨糖醇属于同分异构体，对于官能团 反应来说，采用甘露糖醇即可说明官能团的反应），图1为实施例2制备缩酮类糖醇基小分子 凝胶因子样品的傅立叶变换红外光谱图（从红外仪器与型号：FTIR，spectrum 100， PerkinElmer,美国）。图1可以看出，图中波数为340501^1处的峰为羟基的伸缩振动吸收峰， 证明了该缩酮类糖醇基小分子凝胶因子分子结构中含有羟基。波数在2880CHT 1与2982CHT1 之间的峰为C-H键的伸缩振动吸收峰;波数为1370CHT1附近的峰为C-H键的变角振动吸收峰； 波数在1214CHT 1附近的峰为C-C键的振动吸收峰;波数在1066CHT1附近的峰为C-0-C的伸缩 振动吸收峰;波数为854CHT 1处的吸收峰则为缩酮特有的C-0-C-0-C的键振动吸收峰，由此可 见波数为1066CHT1和854CHT 1的两处吸收峰可以作为缩酮特有的吸收峰。以上的特征峰分别 证明了羟基以及缩酮结构的存在。因此可证明原料甘露糖醇与2,2_二甲氧基丙烷已发生反 应生成了缩酮类糖醇基小分子凝胶因子。
[0018] 图2为实施例2制备的缩酮类糖醇基小分子凝胶因子样品胶凝四氯化碳的过程图。 其中采用平均lml四氯化碳配比0.10-0.13g凝胶因子进行凝胶化实验，（a)为胶凝实验所 用培养皿；（b)为四氯化碳加入培养皿；（c)为将缩酮类糖醇基小分子凝胶因子加入四氯化 碳；（d)为缩酮类糖醇基小分子凝胶因子均匀分散到四氯化碳中；（e)为过10-15分钟后，四 氯化碳开始凝胶化；（f)为将形成的凝胶倒置，可看出其具有一定的强度，能够承受自身的 重力；（g)为将磁子放置到凝胶表面，其强度可承受磁子自身重力；（h)为从培养皿取出的凝 胶，可看出其易被收集。从图2可以看出，凝胶因子在加入四氯化碳以后，通过分子间氢键等 非共价键作用在油相中自组装，相互缠结形成三维网状结构，进而通过表面张力及毛细作 用使油品分子固定在网格内，使其失去流动性，简单快速地达到胶凝效果。本发明制备的缩 酮类糖醇基小分子凝胶因子制备工艺简单，在应用过程中无需加入加热或加入助剂，快速 高效，克服了现有凝胶因子制备过程复杂繁琐，应用时须加热或者加入助剂等问题。同时还 具有价格低廉、安全、对环境无污染等优点。
【附图说明】
[0019] 图1为实施例2制备缩酮类糖醇基小分子凝胶因子样品与原料的红外光谱图。
[0020] 图2为实施例2制备缩酮类糖醇基小分子凝胶因子样品的胶凝四氯化碳过程图。 [0021 ]图3为本发明技术方案的路线示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对上述方案进一步说明。以下实施例是对本发明的进一步说 明，并不限制本发明的使用范围。本发明实施例中所用的原料均为市购产品，植物油为福临 门牌植物调和油，润滑油为美孚万能牌，汽油选择93号汽油，纯度为分析纯。
[0023] 实施例1:
[0024] (1)称取2.0g甘露糖醇加入三口烧瓶中，加入溶剂四氢呋喃45mL后匀速搅拌使之 充分溶解。
[0025] (2)将三口烧瓶放入水浴装置中加热，待温度升至60°C时加入2,2-二甲氧基丙烷 2.52g和对甲苯磺酸催化剂0.2g，恒温充分搅拌反应4h后停止。
[0026] (3)将三口烧瓶从水浴装置中取出，冷却至室温。
[0027] (4)向三口烧瓶中加入lmL三乙胺中和反应液，调整pH值为7。
[0028] (5)使用旋转蒸发器减压蒸馏去除反应液中的溶剂，之后使用乙酸乙酯萃取残渣。
[0029] (6)将乙酸乙酯用蒸馏水进行洗涤，静置，分液，并用无水硫酸镁对乙酸乙酯进行 干燥。
[0030] (7)对乙酸乙酯相进行蒸发浓缩，得到白色固体，收集产物。
[0031]此实施例中所得缩酮类糖醇基小分子凝胶因子样品的产率为65.1 %，经油品胶凝 性能测试可知，样品对植物油的最小胶凝浓度为0.09g/ml，对润滑油的最小胶凝浓度为 0.12g/ml。其对润滑油的完全胶凝时间为14min。
[0032] 实施例2:
[0033] (1)称取2.0g甘露糖醇加入三口烧瓶中，加入溶剂N，N-二甲基甲酰胺42mL后匀速 搅拌使之充分溶解。
[0034] (2)将三口烧瓶放入水浴装置中加热，待温度升至65°C时加入2,2-二甲氧基丙烷 2.52g和对甲苯磺酸催化剂0.3g，恒温充分搅拌反应4h后停止。
[0035] (3)将三口烧瓶从水浴装置中取出，冷却至室温。
[0036] (4)向三口烧瓶中加入lmL三乙胺中和反应液，调整pH值为7。
[0037] (5)使用旋转蒸发器减压蒸馏去除反应液中的溶剂，之后使