1-乙基-3-甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究畢業論文-文庫吧

【正文】 ...... 11 密度測定原理 .................................................................................................... 12 電導率測定原理 ................................................................................................ 12 4 熱力學性質的測定 操作 ............................................................................................... 14 粘度的測定操作 ................................................................................................ 14 表面張力的測定操作 ........................................................................................ 14 1乙基 3甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究 IV 密度的測定操作 ................................................................................................ 15 電導率的測定操作 ............................................................................................ 16 5 結果討論 ....................................................................................................................... 17 粘度實驗數據與結果討論 ................................................................................ 17 表面張力實驗數據與結果分析 ........................................................................ 18 密度實驗數據與結果討論 ................................................................................ 19 電導率實驗數據與結果討論 ............................................................................ 20 結 論 ............................................................................................................................. 21 參 考 文 獻 ....................................................................................................................... 22 致 謝 ............................................................................................................................. 24 1乙基 3甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究 –1– 引 言 21世紀的化學是綠色化學的世紀 ,綠色化學的意義在于整個生產過程 產生較少廢物 ,以及對環境造成較少破壞 ,而不是僅在某一個工藝階段產生較少廢物。為此 ,選取化學工藝中的綠色溶劑顯得尤為重要。正是在此背景下 ， 近年來離子液體迅猛發展起來。 離子液體其具有良好的導電性、較低的熔點、寬闊的電化學窗口和可以忽略的蒸汽壓等多種優點而廣泛的應用于諸多領域。作為一種新型的反應介質和功能材料，離子液體受到產業界和學術界的高度重視，目前已成為多學科交叉的、最活躍的前沿研究領域。 離子液體 (Ionic liquid),又稱室溫熔融鹽 ,有機離子液體等在室溫或近室溫下呈液態 [1]。離子液體是從傳統的高 溫熔鹽演變而來的，但與一般的離子化合物有著非常不同的性質和行為，一般離子化合物只有在高溫狀態下才能變成液態，而離子液體在室溫附近很大的溫度范圍內均為液態，最低凝固點可達 96℃ 。 離子液體一般由體積較大的有機陽離子和無機或有機陰離子構成，其熔點一般低于 150℃ 。 離子液體之所以成為當代化學的科學前沿和研究熱點，是因為與傳統的有機溶劑和電解質相比，具有一系列優良的特點： （ 1） 幾乎無蒸汽壓 、 不揮發 、 不燃 、 不爆炸 ， 因此可徹底消除因揮發而產生的環境污染問題 。（ 2） 熔點低 ， 呈液態的溫度范圍廣 ， 化學和熱穩定性較好 ， 通常在高 達 300℃ 時不分解 ， 且離子液體的結構對稱性越低 ， 分子間的作用力越弱 ， 陽或陰離子電荷分布越均勻 ， 離子液體的熔點就越低 ， 另外陰離子尺寸越大 ， 離子液體的熔點越低 。 （ 3） 溶解性很好 [2]， 能溶解許多有機物如有機 、 無機 、金屬有機化合物和高分子材料 ， 也可以延長許多不穩定物種如 [RuCl6] [ZrCl6]2及[HfCl6]2 等的壽命 。 離子液體的溶解性與其陽離子和陰離子的特性密切相關 。 陽離子對離子液體溶解性的影響可由正辛烯在含相同甲苯磺酸根陰離子季銨鹽離子液體中的溶解性看出 [3]， 隨著離子液體的季銨陽離子側鏈變 大 ， 即非極性特性增加 ， 正辛烯的溶解性隨之變大 。（ 4） 通常由弱配位的離子組成 ， 配位能力主要由陰離子的性質所決定 ， 具有高極性潛力而非配位能力 ， 因此可溶解過渡金屬配合物 ， 而不與之發生配合作用 。（ 5） 含酸 （ 如 AlC13） 的離子液體 ， 在一定的條件下表現出 Lewsi、 Brensted、Franklin酸甚至超強酸的酸性 ， 因而此類離子液體在作為反應介質的同時還往往起催化劑的作用 。 （ 6） 粘度大 ， 在常溫下 ， 離子液體的粘度是水和一般有機溶劑的幾十倍甚至幾百倍 。 因此 ， 它是優良的色譜固定相和修飾電極固定劑 。 離子液體的粘度主要取決 于離子間較強的靜電力 、 范德華力和氫鍵等相互作用 [4]。（ 7） 導電性好 ， 電1乙基 3甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究 –2– 位窗寬 ， 離子液體的室溫電導率一般在 103 S/cm左右 ， 可用作許多物質的電解液 。 同時 ， 離子液體擁有在較寬的電位范圍均不會發生電化學反應的特性 ， 其一般的電位穩定范圍為 4V左右 ， 這是普通溶劑所無法比擬的 。（ 8） 處理簡單 ， 可循環使用 。（ 9）制備簡單 ， 價格相對便宜 。 與傳統溶 劑 相比 ， 用離子 液 體 作 有機化 學 反應的 介 質 ， 可獲 得 更 高的 選擇 性和 更 快 的反應 速 率 ， 同時 還 具 有 反應 條件 溫 和 、 環 境友好 的特點[46]。 多 種 重 要 的 有機合成 反應 ， 如 加成 反應 、 聚 合 反應 、 氧化 還 原 反應 、 烷 基 化 反應 、 酰 基 化 反應 、 酯 化 反應 等 均 可 在 離子 液 體 介 質 中 進 行 ， 避 免 了其 它 有 毒 溶 劑及 催化劑 的 使 用 。 反應 中離子 液 體可 循 環 使 用 ， 且效 率 無 明 顯 下降 。 因 此 ， 離子 液 體 越 來越 受 到 大家的重 視 ， 正因為離子液體具有以上多種獨特的性質 ， 故它在化學合成 、 新材料研究 、 精細化學加工 、 表面加工 、 微電子器件開發等領域得到應用 ， 并顯示出了良好的效果及應用前景 。 離子液體具有一系列獨特的物化性能，是一種真正的“綠色”溶劑 [5]，已廣泛和成功地用于材料制備、催化、金屬電沉積、燃料電池等。在金屬的電解精煉方面，離子液體是一種理想的室溫 液態電解質，它融合了高溫熔鹽和水溶液的優點：具有較寬的電化學窗口，在室溫下即可得到在高溫熔鹽中才能電沉積得到的金屬和合金，但沒有高溫熔鹽那樣的強腐蝕性；離子液體的上述特性及其具有不易揮發和燃燒、可溶解許多無機物和有機物、易通過物理方法再生的優點，使其在冶金和材料制備領域尤其是有色金屬提取與分離等方面具有廣闊的應用前景。 1乙基 3甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究 –3– 1 離子液體的概述 離子液體的定義 離子液體的 離子液體就是完全由離子組成的液體，是在室溫或室溫附近溫度下呈液體態的鹽類，也稱為低溫熔融鹽。它是從傳 統的高溫熔融鹽演變而來的，但與一般的離子化合物有著非常不同的性質和行為，最大的區別在于一般離子化合物只有在高溫狀態下才能變成液態，而離子液體在室溫附近很大的溫度范圍內均為液態，最低凝固點可達 96℃ 。 按照其物理狀態分：在 100℃以內呈液態的就稱之為離子液體，熔點高于 100℃的則稱為離子鹽。離子液體作為一類新型的綠色溶劑在許多領域得到廣泛應用并迅速發展成為研究熱點。與易揮發的有機溶劑相比，離子液體沒有可測量的蒸氣壓、不可燃、熱容大、熱穩定性好、離子電導率高、電化學窗口寬，因而被視為綠色化學和清潔工藝中最有發展 前途的溶劑 并得到了廣泛的應用。 離子液體的 分類 室溫離子液體中只存在陰陽離子 ,沒有中性分子 ,其主要特點是陽離子較大且不對稱 ,陰離 子較小。 陽離子有 4類 [6]:烷基季銨離子 [NRXH4X]+烷基季磷離子 [PRxH4 x]+、 1,3烷基取代的咪唑離子 [R1R3Im]+ 和 N基取代的吡啶離子 [RPy]+(見圖 )。 圖 室溫離子液體中常見的陽離子 負離子主要是 BF PF NO ClO CF3COO等體積較大的陰離子。 離子液體可分為 2類 : 1乙基 3甲基咪唑乳酸鹽離子液體的熱力學研究 –4– (1)鹵化鹽 AlCl3 型 (其中 Cl 也可用 Br 代替 ),如 1乙基 3甲基咪唑氯代鋁酸鹽([emim]ClAlCl3),其缺點是對水極其敏感 ,要在真空或有決惰性氣氛下進行處理和研究 ,質子和氧化物雜質的存在對在該類離子液體中的化學反應定性的影響 。 (2)非鹵化鹽 +AlCl3 型 (又稱為新離子液體 )的陽離子多為烷基取代的咪唑離子 ,陰離子為 BF PF NO ClO CH3COO、 CF3COO等 ,許多品種對水和空氣穩定 ,如 1乙基 3甲基咪唑四氟硼酸鹽 ([emim]BF4)。以 NO ClO4為陰離子的離子液體要小心爆炸 ,特別是在干燥的時候。 離子液體的 性質 離子液體的熔點 離子液體是低熔點的季銨、膦鹽。正離子部分是有機陽離子，如： 1丁基 3甲基咪唑 [bmim]+， 1乙基 3甲基咪唑 [emim]+，體積比無機離子大，因此有較低的熔點。陽離子中電荷越分散，分子的對稱性越低，生成化合物的熔點越低。陰離子的大小對熔點有較大的影響。大的陰離子，與陽離子的作用力小，晶體中的晶格能小。因此，易生成熔點低的化合物。 離子液體的 密度 離子液體的密度與陰離子和陽離子有很大關系。比較含 不同取代基咪唑陽離 子的氯鋁酸鹽的密度發現， 密度與咪唑陽離子上 N烷基鏈長度呈線性關系 [7]， 隨著有機陽離子變大， 離子液體