凝胶因子在分相凝胶中选择性除油的应用

------申花花

海上除油的方法• 拦油栅• 加入吸收剂• 菌类分解• 借助于分散剂、吸附剂和固化剂（这些对环境是有害的），并且油类的回收也比较困难

凝胶法净化水优点• 选择合适的凝胶因子，可以高效的净化水• 分离出的凝胶通过加热，蒸馏可以重新回收油类和凝胶因子，都可以循环利用

• 凝胶法是环保的、绿色的

凝胶因子• 糖类衍生物• 酰胺类衍生物• 有机盐类凝胶因子

糖类衍生物

[1].Prathap, A. and K.M. Sureshan. CHEMICAL COMMUNICATIONS, 2012. 48(43): p. 5250-5252.

1

化合物 1和 2在一些油类中可以形成凝胶。化合物 2 能够选择性凝胶，而化合物 1 不能，这是由于化合物 1与油相比更易溶于水。从而水破坏其氢键的形成，故不能自组装。可以生物降解

另外，不同的组分凝胶的浓度也不一样，当馏分的沸点很低时不会出现凝胶。

[1].Prathap, A. and K.M. Sureshan. CHEMICAL COMMUNICATIONS, 2012. 48(43): p. 5250-5252.

[2].Jadhav, S.R., et al. ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION, 2010. 49(42): p. 7695-7698.

2

甘露醇

山梨醇

Man-8 和 Sor-8才可以分相。其中甘露醇衍生物有更高的转变温度。凝胶的性能可以被调整通过改变亲水的糖和疏水的烷基链。被保护了的在油中形不成凝胶。说明是氢键的作用。需要加热，若加入乙醇不需。应用于柴油、汽油、机油和原油（只要 R中的 n>9），海水

在光照情况下，这两种结构可以互相转化。其中 Trans（反式结构）可以在芳香族溶剂中形成凝胶，这与共轭有关。光照影响他的构型，构型影响他的凝胶性能。此物质可以用于净化废水中有毒的芳香族物质。

[3].Rajaganesh, R., et al. ORGANIC LETTERS, 2012. 14(3): p. 748-751.

3

化合物 2 ， 10mg， 2ml水和 0.5ml甲苯 ,可凝胶甲苯。化合物 2 ， 25mg， 2ml盐水和 0.5ml柴油， 45min后发生凝胶。（将化合物溶解在 100微升四氢呋喃）相同的现象在煤油、十六烷、和碳氢化合物中可能都有。研究表明不同的油水比例和盐类都不会影响效果。（可用于燃料油，柴油，煤油，汽油）但是这个过程需要加热，这限制了他的应用。也有可能应用于有毒的染料回收，其中化合物 2可以用于回收紫罗兰染料。

[4].Mukherjee, S. and B. Mukhopadhyayr. RSC ADVANCES, 2012. 2(6): p. 2270-2273.

4

酰胺类衍生物

P1只是在脂肪族的碳氢化合物中形成凝胶，而在芳香性的不能形成凝胶。P2和 p3统统不能形成凝胶。（ 2是由于增加了他的灵活性， 3是由于芳香性的缺失。）在 90s内可以分相凝胶柴油，相转变温度在 38到 50之间。通过加入少量的乙醇可使其在室温下完成反应。虽然乙醇可以破坏它的结构，但是整体的效益还不会受影响。同样，有离子的存在，也不会影响其效果，所以也可以应用于河水和海水中。

[5].Basak, S., J. Nanda and A. Banerjee. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY, 2012. 22(23): p. 11658-11664.

1

1可以达到相分离，从水中分离非极性的油类，但是需要加热，这就限制了他的应用 .其他的不能达到凝胶的目的。推断 -COOH ， -NH-C(=O)在凝胶过程中起着很大的作用。

[6].Bhattacharya, S. and Y. Krishnan-Ghosh. CHEMICAL COMMUNICATIONS, 2001(2): p. 185-186.

2

室温下，将凝胶因子加入与水混溶的溶剂中，如乙醇。再加入 1:1油与水的试管中，在柴油、汽油、机油、原油（其中 R中的 n要大于 9）中都可以分相凝胶。应用于油类的薄层，也是可以作用的

1）化合物 1、 2、3、 6和 12、 13、 14、 10的比较，表示交换官能团的位置也有很大影响2）化合物 5和 6的比较，说明 HLB重要3）钠盐不仅可以提高凝胶性能还可以使原本不能凝胶的发生凝胶，如 1和 5

[7].Kar, T., et al. Langmuir, 2009. 25(15): p. 8639-8648.

3

1）钠盐的凝胶能力比羧酸的强，这说明电荷的相互作用有助于形成凝胶。2）可以通过调节溶液的 pH 值，来达到分相凝胶的效果。3）化合物 7、 8、 9不形成凝胶这是由于亲水性增强，破坏了 HLB 值，说明 HLB 值对分相凝胶有很大的影响。4） L - 缬氨酸 比 L -异亮氨酸 , and L - 亮氨酸 ,L - 丙氨酸中，是最适合的，因为大的或小的基团都不利于形成凝胶。这表明凝胶因子的大小会对分相凝胶有很大的影响。

5a, 11a, 13a, 14a, and 16a这几个也可以将水凝胶化，但是他们的羧酸并不会将水凝胶，根据此来形成分相凝胶。 将凝胶因子与水和甲苯混合，产生凝胶，再加入盐酸，水中的凝胶盐形成羧酸，从而水不再被凝胶，达到分相凝胶的效果。

[7].Kar, T., et al. Langmuir, 2009. 25(15): p. 8639-8648.

实验表明化合物 5和 6有很好的凝胶能力。其中化合物 5可以除去水中的芳香族油类。没有说其他的会怎样。

[8].Debnath, S., et al. CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL, 2008. 14(23): p. 6870-6881.

4

可以分离水中的二甲苯和煤油

5

化合物 2和 3的凝胶能力要比化合物 1 好；常温下， CHCl3, CCl4 ，和甲苯及其二甲苯可以通过 2和 3将其从水中分离。（该过程不需要加热也不需要加入相关溶剂。）

6

有机盐类凝胶因子

C1A15,C4A15, and C7A15（都是对位取代），在少量甲醇的作用下可以分相汽油，煤油和柴油。在常温下，但是凝胶时间比较长，需要几个小时。实验表明长的烷基链和间位取代有助于形成凝胶。

[9].Ballabh, A., D.R. Trivedi and P. Dastidar. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2006. 18(16): p. 3795-3800.

1

[9].Ballabh, A., D.R. Trivedi and P. Dastida. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2006. 18(16): p. 3795-3800.

13的效果最好，并且可以形成分相凝胶（具体的分相凝胶哪些并没有说），这与其在水中的溶解度有关。在室温下，作用即可。

[10].Trivedi, D.R. and P. Dastidar. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2006. 18(6): p. 1470-1478.

2

1）氢键的相互作用， π-π 堆积， Cl---Cl之间的非键作用，离子之间电荷的相互作用。2）盐 1可以与许多有机溶剂作用，包括极性的和非极性的；盐 2只能与非极性的溶剂作用，盐 3不会形成凝胶。这说明取代基的位置对其影响特别大。3）盐 1可以分相凝胶燃料用油和食用油，在室温下，不过需要几个小时，时间较长。其中海水中的离子也不会影响其凝胶作用。

[11].Trivedi, D.R., A. Ballabh and P. Dastidar. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2003. 15(21): p. 3971-3973.

3

形成的盐，可以用于分相，汽油可以。

[12].Dastidar, P. CHEMICAL SOCIETY REVIEWS, 2008. 37(12): p. 2699-2715.

4

[13].Das, U.K., et al. JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, 2009. 74(18): p. 7111-7121.

展望

可以尝试着在分相凝胶1 该盐很容易合成2 电荷作用及其氢键作用有助于凝胶3这些凝胶因子可以在常温下形成凝胶，所以可以研究其能不能用于分相凝胶

[13].Das, U.K., et al. JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, 2009. 74(18): p. 7111-7121.

分相凝胶的机理• 水也可以参与形成氢键，因此要考虑水对

网状结构的破坏性• 在油中有合适的溶解度• 合适的亲水性和合适的 HLB 值

目前研究的瓶颈• 有些凝胶需要加热和冷却或者形成凝胶，这样会带来弊端，在海洋上是无法加热的。

• 有时需要可溶性的载体，若加入载体可能会带来海洋的污染。

• 需要考虑凝胶的稳定性和凝胶的能力。• 需要考虑的分相凝胶之后，水中剩余的凝胶对海洋的影响。

• 凝胶因子要容易合成，并且要环保绿色

• 咱们自己的凝胶要试一试• 对于处理海水中的油污，实验与实际还有

差距，例如，实际中的油污基本形成单分子薄膜。

• 此外，有些凝胶因子可以用于油类的运输

[1].Prathap, A. and K.M. Sureshan, A mannitol based phase selective supergelator offers a simple, viable and greener method to combat marine oil spills. CHEMICAL COMMUNICATIONS, 2012. 48(43): p. 5250-5252.[2].Jadhav, S.R., et al., Sugar-Derived Phase-Selective Molecular Gelators as Model Solidifiers for Oil Spills. ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION, 2010. 49(42): p. 7695-7698.[3].Rajaganesh, R., et al., Synthesis and Properties of Amphiphilic Photoresponsive Gelators for Aromatic Solvents. ORGANIC LETTERS, 2012. 14(3): p. 748-751.[4].Mukherjee, S. and B. Mukhopadhyay, Phase selective carbohydrate gelator. RSC ADVANCES, 2012. 2(6): p. 2270-2273.[5].Basak, S., J. Nanda and A. Banerjee, A new aromatic amino acid based organogel for oil spill recovery. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY, 2012. 22(23): p. 11658-11664.[6].Bhattacharya, S. and Y. Krishnan-Ghosh, First report of phase selective gelation of oil from oil/water mixtures. Possible implications toward containing oil spills. CHEMICAL COMMUNICATIONS, 2001(2): p. 185-186.

参考文献：

[7].Kar, T., et al., Organogelation and Hydrogelation of Low-Molecular-Weight Amphiphilic Dipeptides: pH Responsiveness in Phase-Selective Gelation and Dye Removal. Langmuir, 2009. 25(15): p. 8639-8648.[8].Debnath, S., et al., Dipeptide-based low-molecular-weight efficient organogelators and their application in water purification. CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL, 2008. 14(23): p. 6870-6881.[9].Ballabh, A., D.R. Trivedi and P. Dastidar, New series of organogelators derived from a combinatorial library of primary ammonium monocarboxylate salts. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2006. 18(16): p. 3795-3800.[10].Trivedi, D.R. and P. Dastidar, Instant gelation of various organic fluids including petrol at room temperature by a new class of supramolecular gelators. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2006. 18(6): p. 1470-1478.[11].Trivedi, D.R., A. Ballabh and P. Dastidar, An easy to prepare organic salt as a low molecular mass organic gelator capable of selective gelation of oil from oil/water mixtures. CHEMISTRY OF MATERIALS, 2003. 15(21): p. 3971-3973.[12].Dastidar, P., Supramolecular gelling agents: can they be designed? CHEMICAL SOCIETY REVIEWS, 2008. 37(12): p. 2699-2715.

参考文献：

[13].Das, U.K., et al., Supramolecular Synthons in Noncovalent Synthesis of a Class of Gelators Derived from Simple Organic Salts: Instant Gelation of Organic Fluids at Room Temperature via in Situ Synthesis of the Gelators. JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, 2009. 74(18): p. 7111-7121.

参考文献：

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