基本信息
- 項目名稱：
- 胺型離子液體水溶液的電導率研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 離子液體是近十年來在“綠色化學”的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料。胺型離子液體制備簡單、生產(chǎn)成本低、毒害性小，在CO2吸收及諸多反應過程中均表現(xiàn)出良好的性能，是一種新型的離子液體材料。本項目制備了2種胺型離子液體，利用電導率法，詳細探討了該類材料的導電性能。
- 詳細介紹：
- 離子液體（ILs）是近十年來在綠色化學的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料，其應用領(lǐng)域正在不斷擴大，工業(yè)應用前景已表現(xiàn)出強大的發(fā)展動力，主要由于其獨特的物理化學性質(zhì)和特有的功能。研究表明，離子液體具有許多特殊的物理化學性質(zhì)，如特有的導電性、近乎為零的蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性、較高的極性等，離子液體的這些特殊性質(zhì)推動了其在催化、合成、萃取等諸多領(lǐng)域的應用。其中，水溶性是離子液體的一種重要性質(zhì)，相關(guān)研究表明，絕大多數(shù)的離子液體放置在空氣中一段時間后，都會不同程度地吸收水分。水的存在不但會極大地影響到離子液體的物理性質(zhì)（如離子液體的粘度、密度、電導率、體積等），同時，還會影響到有離子液體參與的化學反應的反應速率以及反應的選擇性。不僅如此，由于離子液體幾乎是不揮發(fā)的，顯然它進入環(huán)境最可能的途徑是進入水系，因此特別需要掌握盡可能多的有關(guān)離子液體與水相互作用的信息，以確定其對環(huán)境的影響，從而有助于我們對離子液體的毒性以及其作為“綠色溶劑”的概念進行全面評估；另一方面，離子液體與水的相互作用研究也能為設(shè)計功能化的離子液體提供指導。因此，研究離子液體和水之間的相互作用具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。 目前，國內(nèi)外許多文獻采用各種手段對離子液體和水的相互作用進行了探索。其中，咪唑型離子液體成為普遍的研究熱點，引起了學術(shù)界相當多的關(guān)注，針對這一類型的離子液體，人們開展了一系列從理論到實驗的研究。然而，對咪唑型之外的其他類型的離子液體-水體系的研究，則相對少得多。近些年，胺型離子液體逐漸引起人們關(guān)注，主要因為該類離子液體具有原料廉價易得、合成方便、毒害性小等諸多優(yōu)點。前期的研究發(fā)現(xiàn)，胺型ILs不僅可以作為水解反應中環(huán)境友好的溶劑和催化劑，在其中進行的二烷氧基丙烷裂解反應的轉(zhuǎn)化率和選擇性與使用傳統(tǒng)有機溶劑的方法相比都有顯著提高。此外，某些胺型ILs在空氣和水中都十分穩(wěn)定，可用作抗菌材料；帶有胺基的ILs對CO2氣體有較強的吸收能力，而且當溫度升高或壓力減小時，CO2氣體又會釋放出來，ILs可以循環(huán)使用，不會污染環(huán)境，這些功能化胺型ILs的出現(xiàn)為解決化工、材料、環(huán)境、能源等方面的問題提供了一種新的思路。由此可預見，胺型ILs有著廣闊的工業(yè)應用前景。胺型ILs是親水型ILs，但是目前對胺型離子液體水溶液的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究還相當欠缺，該種體系的物理化學數(shù)據(jù)也相當匱乏。為此，我們開展了該方面的研究工作。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的: 通過測定不同溫度及不同濃度下胺型離子液體水溶液電導率，分析水及溫度對胺型離子液體微觀結(jié)構(gòu)造成的影響，總結(jié)在不同外界條件下胺型離子液體與水的相互作用規(guī)律。 思路： (1)合成并純化硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氫型離子液體。 (2)將兩種離子液體分別配置成離子液體水溶液，在同一溫度下，測量兩種離子液體+水體系不同濃度時的電導率。 (3)分別測量兩種離子液體+水體系在不同溫度下的電導率。
科學性、先進性及獨特之處
- (1)突破現(xiàn)有文獻中主要以咪唑型離子液體為研究對象的局限，拓展到胺型離子液體這一類相對更廉價易得的離子液體，研究其與水的作用特點，為其工業(yè)化應用提供指導。 (2)通過測定全濃度范圍內(nèi)胺型離子液體水溶液的電化學數(shù)據(jù)，明確了溶劑、溫度對胺型離子液體微觀結(jié)構(gòu)的影響。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 研究表明，胺型離子液體已在催化、合成、電池、污水處理等諸多領(lǐng)域體現(xiàn)出了其優(yōu)良的性能。由于胺型離子液體具有適于電化學中應用的優(yōu)點，作為電解液既可以起溶劑的作用，又可以起電解質(zhì)的作用，可預見，胺型離子液體具有廣泛的工業(yè)應用前景。本文的研究將有助于人們更深入地了解胺型離子液體的電化學性質(zhì)，明確溫度及濃度是影響胺型離子液體水溶液電導率的兩個重要因素，對胺型離子液體在電化學方面的應用提供理論指導和幫助。
學術(shù)論文摘要
- 胺型離子液體制備簡單、生產(chǎn)成本低、毒害性小，在CO2吸收及諸多反應過程中均表現(xiàn)出良好的性能，是一種新型的離子液體材料。但是，目前有關(guān)胺型離子液體水溶液性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的研究鮮有報道。本文合成了兩種胺型離子液體——硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氫型離子液體，并分別測定了兩種離子液體水溶液在不同濃度及不同溫度下的電導率。結(jié)果顯示，隨著溫度和濃度的變化，胺型離子液體水溶液的電導率均呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，其原因主要是由于離子液體水溶液的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]張鎖江，呂興梅等.離子液體－從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應用 [2]鄧友全，離子液體－性質(zhì)、制備與應用 [3]Zulfiqar F, Kitazume T. Ionic liquid catalyzed Henry reactions [4]Plechkova N V, Seddon K R. Applications of ionic liquids in the chemical industry [5]Huddleston J G., Willauer H D, Swatloski R P, Visser A E, Rogers R D. Room temperature ionic liquids as novel media for clean liquid-liquid extraction [6]Anthony J L, Maginn E J, Brennecke J F. Solution thermodynamics of imidazolium-based ionic liquids and water [7]Saha S, Hamaguchi H. Effect of water on the molecular structure and arrangement of Nitrile-Functionalized ionic liquids [8]李汝雄. 綠色溶劑－離子液體的合成與應用, 第一版 [9]Li W, Zhang Z, Han B, Hu S, Xie Y, Yang G. Effect of water and organic solvents on the ionic dissociation of ionic liquids [10]Greaves T L, Weerawardena A, Fong C, Krodkiewska I, Drummond C J. Protic ionic liquids: Solvents with tunable phase behavior and physicochemical properties
同類課題研究水平概述
- 離子液體（ILs）是近十年來在“綠色化學”的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料，研究表明，離子液體具有許多特殊而優(yōu)良的物理化學性質(zhì)，如近乎為零的蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性、較高的極性、較寬的電化學窗口、特有的導電性能、與有機溶劑和無機溶劑良好的共溶性等，目前離子液體已在工業(yè)催化、有機合成、分離萃取、電化學及高分子聚合等諸多領(lǐng)域扮演著重要角色，并且其獨特的物理化學性質(zhì)和特有的功能使得其應用領(lǐng)域正在不斷擴大，其誘人的工業(yè)應用前景更成為其發(fā)展的強大推動力。目前，咪唑型離子液體已成為國內(nèi)外的研究熱點，然而，對咪唑型之外的其他離子液體的研究，則相對少得多。 在已涉及的各類離子液體中，胺型離子液體具有原料廉價易得、合成方便、毒害性小等諸多優(yōu)點，在諸多反應過程中均表現(xiàn)出良好的性能，前期的研究發(fā)現(xiàn)，胺型ILs不僅可以作為水解反應中環(huán)境友好的溶劑和催化劑，在其中進行的二烷氧基丙烷裂解反應的轉(zhuǎn)化率和選擇性相比傳統(tǒng)的有機溶劑都有顯著提高。此外，某些胺型ILs在空氣和水中都十分穩(wěn)定，可用作抗菌材料；帶有胺基的ILs對CO2氣體有較強的吸收能力，而且當溫度升高或壓力減小時，CO2氣體又會釋放出來，ILs可以循環(huán)使用，不會污染環(huán)境，這些功能化胺型ILs的出現(xiàn)為控制和減少大氣污染提供了一種新的思路。但是目前國內(nèi)外的研究主要針對胺型離子液體的應用，而針對胺型離子液體的溶劑化行為這一基礎(chǔ)研究開展的還相當?shù)纳?，對該種離子液體陰陽離子的溶劑化行為以及由此引起的對其宏觀性質(zhì)的影響都不甚明了，亟待相互研究提供說明和指導。因此本研究擬針對胺型離子液體水溶液體系，測定其隨濃度變化的電化學性質(zhì)，探索胺型離子液體與水的相互作用規(guī)律，為進一步設(shè)計功能化的胺型離子液體提供指導。
