離子液體在溶液中的簇集行為研究.pdf

1、室溫離子液體是近年來在綠色化學框架下發(fā)展起來的一種新的介質(zhì)和功能材料。離子液體具有不燃燒、不揮發(fā)、熱穩(wěn)定性好、液程寬、溶解能力強、結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)等優(yōu)良特性,并在化學合成、催化、生物化學、萃取分離、材料制備等諸多領域展示出了廣闊的應用前景。
　　 作為國家自然科學基金資助課題(No.20873036)的一部分,本文較系統(tǒng)地研究了離子液體陽離子烷基鏈的長度、陰離子的類型、陽離子的結(jié)構(gòu)、外加電解質(zhì)和有機化合物對離子液體在水中簇集的影響

2、及其調(diào)控作用,主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.在298.15 K精確測定了[Cnmim]Br(n=4,6,8,10,12)+水和[C4mim][BF4]+水體系的密度和電導,利用膠束化假相模型計算了離子液體在水中的臨界簇集濃度以及簇集過程的物理化學性質(zhì),并利用熒光探針技術(shù)測定了[Cnmim]Br(n=8,10,12)在水中的簇集數(shù)。實驗結(jié)果表明,[C4mim]Br在水中不能發(fā)生簇集,[C4mim][BF4]和[C6mim]Br在水

3、中有弱簇集,[Cnmim]Br(n=8,10,12)具有較強的簇集以致形成膠束。因此可以通過改變陽離子烷基鏈的長度來調(diào)控離子液體的簇集行為。離子液體簇集的主要驅(qū)動力是烷基鏈-離子誘導和烴-烴相互作用。
　　 2.在298.15K精確測定了[C8mim]X(X=Cl,Br,[NO3],[CH3COO],[CF3COO],[CF3SO3],[ClO4])、4m-[C8pyr]Br、[C8mpyrr]Br水溶液的密度和電導,利用靜態(tài)熒

4、光猝滅技術(shù)測定了這些離子液體在水中的簇集數(shù)。同時利用動態(tài)光散射和透射電鏡技術(shù)測定了離子液體簇集體的尺寸分布和簇集體的形貌。分析了陰離子的類型、陽離子的結(jié)構(gòu)對臨界簇集濃度、簇集數(shù)、簇集體尺寸和簇集體形貌的影響。研究表明,陰離子對離子液體簇集的影響遵循Hofmeister順序,陽離子的結(jié)構(gòu)對離子液體的簇集也有明顯的影響。因此可以通過改變陰離子的類型和陽離子的結(jié)構(gòu)來調(diào)控離子液體的簇集行為。
　　 3.利用電導、熒光和動態(tài)光散射技術(shù)研究

5、了十三種鈉鹽(NaCl,NaBr,NaI,CH3CO2Na,NaSCN,NaNO3,NaBrO3,NaClO3,C6H5COONa,Na2CO3,Na2SO4,Na2C4H4O6,Na3CH5O7)和兩種溴化物(FeBr3 and AlBr3)的加入對離子液體[C10mim]Br在水中簇集的影響。實驗結(jié)果表明,FeBr3和AlBr3對離子液體的簇集具有鹽溶效應,而其他的鹽則具有鹽析效應。陰離子的影響遵循Hofmeister順序。因此可以

6、通過外加鹽的類型及其濃度來調(diào)控離子液體的簇集行為。
　　 4.在298.15K以[C12mim]Br為模型離子液體,用電導、熒光和動態(tài)光散射研究了有機添加劑(β-環(huán)糊精、丙二醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、乙二醇、丙三醇和1,2-丙二醇)對離子液體在水中簇集行為的影響。這些有機添加劑的加入均降低了離子液體在水中的簇集能力,但是有機溶劑和β-環(huán)糊精對[C12mim]Br在水中聚集的影響機制不同。因此可以通過改變外加有機

7、添加劑的類型及其濃度來調(diào)控離子液體的簇集行為。
　　 5.在298.15K精確測定了[Cnmim]Br(n=4,6,8,10,12)+水、[Cnmim]Br(n=4,6,8)+(甲醇、正丙醇、正戊醇、丙酮和乙腈)、[C4mim][BF4]+(水、丙酮和乙腈)以及[C4mim][PF6]+(水、丙酮和乙腈)體系在低離子液體濃度范圍內(nèi)的電導率,用Lee-Wheaton方程計算了離子液體在分子溶劑中的極限摩爾電導率和離子締合常數(shù),分析