基本信息
- 项目名称：
- 胺型离子液体水溶液的电导率研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 离子液体是近十年来在“绿色化学”的框架下发展起来的全新的介质和“软”功能材料。胺型离子液体制备简单、生产成本低、毒害性小，在CO2吸收及诸多反应过程中均表现出良好的性能，是一种新型的离子液体材料。本项目制备了2种胺型离子液体，利用电导率法，详细探讨了该类材料的导电性能。
- 详细介绍：
- 离子液体（ILs）是近十年来在绿色化学的框架下发展起来的全新的介质和“软”功能材料，其应用领域正在不断扩大，工业应用前景已表现出强大的发展动力，主要由于其独特的物理化学性质和特有的功能。研究表明，离子液体具有许多特殊的物理化学性质，如特有的导电性、近乎为零的蒸汽压、良好的热稳定性、较高的极性等，离子液体的这些特殊性质推动了其在催化、合成、萃取等诸多领域的应用。其中，水溶性是离子液体的一种重要性质，相关研究表明，绝大多数的离子液体放置在空气中一段时间后，都会不同程度地吸收水分。水的存在不但会极大地影响到离子液体的物理性质（如离子液体的粘度、密度、电导率、体积等），同时，还会影响到有离子液体参与的化学反应的反应速率以及反应的选择性。不仅如此，由于离子液体几乎是不挥发的，显然它进入环境最可能的途径是进入水系，因此特别需要掌握尽可能多的有关离子液体与水相互作用的信息，以确定其对环境的影响，从而有助于我们对离子液体的毒性以及其作为“绿色溶剂”的概念进行全面评估；另一方面，离子液体与水的相互作用研究也能为设计功能化的离子液体提供指导。因此，研究离子液体和水之间的相互作用具有重要的应用价值和现实意义。 目前，国内外许多文献采用各种手段对离子液体和水的相互作用进行了探索。其中，咪唑型离子液体成为普遍的研究热点，引起了学术界相当多的关注，针对这一类型的离子液体，人们开展了一系列从理论到实验的研究。然而，对咪唑型之外的其他类型的离子液体-水体系的研究，则相对少得多。近些年，胺型离子液体逐渐引起人们关注，主要因为该类离子液体具有原料廉价易得、合成方便、毒害性小等诸多优点。前期的研究发现，胺型ILs不仅可以作为水解反应中环境友好的溶剂和催化剂，在其中进行的二烷氧基丙烷裂解反应的转化率和选择性与使用传统有机溶剂的方法相比都有显著提高。此外，某些胺型ILs在空气和水中都十分稳定，可用作抗菌材料；带有胺基的ILs对CO2气体有较强的吸收能力，而且当温度升高或压力减小时，CO2气体又会释放出来，ILs可以循环使用，不会污染环境，这些功能化胺型ILs的出现为解决化工、材料、环境、能源等方面的问题提供了一种新的思路。由此可预见，胺型ILs有着广阔的工业应用前景。胺型ILs是亲水型ILs，但是目前对胺型离子液体水溶液的结构及性质研究还相当欠缺，该种体系的物理化学数据也相当匮乏。为此，我们开展了该方面的研究工作。
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撰写目的和基本思路
- 目的: 通过测定不同温度及不同浓度下胺型离子液体水溶液电导率，分析水及温度对胺型离子液体微观结构造成的影响，总结在不同外界条件下胺型离子液体与水的相互作用规律。 思路： (1)合成并纯化硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氢型离子液体。 (2)将两种离子液体分别配置成离子液体水溶液，在同一温度下，测量两种离子液体+水体系不同浓度时的电导率。 (3)分别测量两种离子液体+水体系在不同温度下的电导率。
科学性、先进性及独特之处
- (1)突破现有文献中主要以咪唑型离子液体为研究对象的局限，拓展到胺型离子液体这一类相对更廉价易得的离子液体，研究其与水的作用特点，为其工业化应用提供指导。 (2)通过测定全浓度范围内胺型离子液体水溶液的电化学数据，明确了溶剂、温度对胺型离子液体微观结构的影响。
应用价值和现实意义
- 研究表明，胺型离子液体已在催化、合成、电池、污水处理等诸多领域体现出了其优良的性能。由于胺型离子液体具有适于电化学中应用的优点，作为电解液既可以起溶剂的作用，又可以起电解质的作用，可预见，胺型离子液体具有广泛的工业应用前景。本文的研究将有助于人们更深入地了解胺型离子液体的电化学性质，明确温度及浓度是影响胺型离子液体水溶液电导率的两个重要因素，对胺型离子液体在电化学方面的应用提供理论指导和帮助。
学术论文摘要
- 胺型离子液体制备简单、生产成本低、毒害性小，在CO2吸收及诸多反应过程中均表现出良好的性能，是一种新型的离子液体材料。但是，目前有关胺型离子液体水溶液性质及结构的研究鲜有报道。本文合成了两种胺型离子液体——硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氢型离子液体，并分别测定了两种离子液体水溶液在不同浓度及不同温度下的电导率。结果显示，随着温度和浓度的变化，胺型离子液体水溶液的电导率均呈现规律性的变化，其原因主要是由于离子液体水溶液的微观结构发生了改变。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]张锁江，吕兴梅等.离子液体－从基础研究到工业应用 [2]邓友全，离子液体－性质、制备与应用 [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. 绿色溶剂－离子液体的合成与应用, 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
同类课题研究水平概述
- 离子液体（ILs）是近十年来在“绿色化学”的框架下发展起来的全新的介质和“软”功能材料，研究表明，离子液体具有许多特殊而优良的物理化学性质，如近乎为零的蒸汽压、良好的热稳定性、较高的极性、较宽的电化学窗口、特有的导电性能、与有机溶剂和无机溶剂良好的共溶性等，目前离子液体已在工业催化、有机合成、分离萃取、电化学及高分子聚合等诸多领域扮演着重要角色，并且其独特的物理化学性质和特有的功能使得其应用领域正在不断扩大，其诱人的工业应用前景更成为其发展的强大推动力。目前，咪唑型离子液体已成为国内外的研究热点，然而，对咪唑型之外的其他离子液体的研究，则相对少得多。 在已涉及的各类离子液体中，胺型离子液体具有原料廉价易得、合成方便、毒害性小等诸多优点，在诸多反应过程中均表现出良好的性能，前期的研究发现，胺型ILs不仅可以作为水解反应中环境友好的溶剂和催化剂，在其中进行的二烷氧基丙烷裂解反应的转化率和选择性相比传统的有机溶剂都有显著提高。此外，某些胺型ILs在空气和水中都十分稳定，可用作抗菌材料；带有胺基的ILs对CO2气体有较强的吸收能力，而且当温度升高或压力减小时，CO2气体又会释放出来，ILs可以循环使用，不会污染环境，这些功能化胺型ILs的出现为控制和减少大气污染提供了一种新的思路。但是目前国内外的研究主要针对胺型离子液体的应用，而针对胺型离子液体的溶剂化行为这一基础研究开展的还相当的少，对该种离子液体阴阳离子的溶剂化行为以及由此引起的对其宏观性质的影响都不甚明了，亟待相互研究提供说明和指导。因此本研究拟针对胺型离子液体水溶液体系，测定其随浓度变化的电化学性质，探索胺型离子液体与水的相互作用规律，为进一步设计功能化的胺型离子液体提供指导。
