離子液體[Bmim]BF-,4-的純化與回收及相關(guān)熱力學(xué)研究.pdf

1、離子液體因其獨(dú)特的理化性質(zhì)已成為人們研究的熱點(diǎn)。目前在各類離子液體的研究和應(yīng)用中以烷基取代的咪唑離子液體的研究最多。而在咪唑類離子液體中對于親水性離子液體 [Bmim]BF4的研究和應(yīng)用較為常見。離子液體[Bmim]BF4在其合成的過程存在的問題是：純化的過程中涉及H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4-鹽體系液液相平衡的問題，缺少該體系的相平衡數(shù)據(jù)會(huì)造成離子液體[Bmim]BF4不必要的損失，這對于大規(guī)模的合成離子液體[Bmim]B

2、F4是不利的。同時(shí)，對于離子液體[Bmim]BF4回收工藝的優(yōu)化也是其作為綠色溶劑的內(nèi)在要求。 本文合成了離子液體[Bmim]BF4，較為詳細(xì)的研究了H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的液液相平衡關(guān)系，并以H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的相平衡數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，在考察了純化及回收過程中不同因素對離子液體[Bmim]BF4產(chǎn)率的影響后，得到了水洗過程較為合理的CH2Cl2及H2O用量。同時(shí)對不同溫度下[B

3、mim]BF4-H2O體系的超額摩爾體積進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： 1.合成了離子液體[Bmim]BF4，采用紅外光譜、核磁共振光譜、元素分析、ICP、密度等手段對產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果表明產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物[Bmim]BF4且純度在99％以上。 2.采用濁點(diǎn)法測定常壓30℃下H2O(w1)-CH2Cl2(w2)-[Bmim]BF4(w3)體系的溶解度曲線和密度曲線并對曲線進(jìn)行關(guān)聯(lián)；采用濁點(diǎn)-密度法測定常壓30℃下H2O(w1)

4、-CH2Cl2(w2)-[Bmim]BF4(w3)體系的相平衡數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，該體系一相以H2O為主，CH2Cl2、[Bmim]BF4的含量很少，另一相以 [Bmim]BF4、CH2Cl2為主，H2O的含量很少。隨著體系中CH2Cl2含量的增加上相中[Bmim]BF4的含量從0.1665下降到0.1032。由此可見在純化離子液體[Bmim]BF4時(shí)適量的增加體系中CH2Cl2的含量便可以減少[Bmim]BF4的損失，從而起到優(yōu)化純化工藝

5、的目的。 3.采用Othmer-Tobias和Bancroft提出的經(jīng)驗(yàn)方程對30℃下的H2O(w1)-CH2Cl2(w2)-[Bmim]BF4(w3)體系液液相平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，計(jì)算結(jié)果表明，關(guān)聯(lián)最大相對誤差為84.5％，最大相對平均誤差為61.47％，關(guān)聯(lián)精度不高，結(jié)果不理想。采用Othmer-Tobias經(jīng)驗(yàn)方程+溶解度方程法對其關(guān)聯(lián)，計(jì)算結(jié)果表明，關(guān)聯(lián)最大相對誤差為4.43％，最大平均相對誤差為3.03％，關(guān)聯(lián)精度較高，

6、該方法可適用于有一組分含量較低的體系的液液相平衡的關(guān)聯(lián)計(jì)算。 4.以H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的液液相平衡數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，對合成離子液體[Bmim]BF4的純化過程中所涉及的影響因素進(jìn)行考察。在綜合考察了純化時(shí)CH2Cl2用量及H2O用量等因素對離子液體[Bmim]BF4得率的影響后，得到了水洗時(shí)較為合理的CH2Cl2用量及H2O用量，質(zhì)量比為：未水洗的[Bmim]BF4: CH2Cl2: H2O=10:7:3

7、。其中H2O采用多次加入方式進(jìn)行水洗。純化后離子液體[Bmim]BF4得率為93.15％，得率較高。 5.對回收離子液體[Bmim]BF4的影響因素進(jìn)行考察。實(shí)驗(yàn)中對比考察了在常溫常壓下二氯甲烷、水、鹽和離子液體[Bmim]BF4的比例不同時(shí)對回收率的影響。綜合考察各種影響因素后，得出較為合理的的比例為[Bmim]BF4:CH2Cl2:H2O=10:6:3，其回收率可達(dá)到93％以上。對回收的離子液體用紅外譜圖和密度兩種方法表征，

8、結(jié)果表明回收的離子液體[Bmim]BF4純度符合實(shí)驗(yàn)要求，可以循環(huán)利用。 6.測定了[Bmim]BF4-H2O體系不同溫度下的超額摩爾體積VmE，在所有組成范圍內(nèi)的超額摩爾體積VmE為正值，且在不同的溫度下的等溫線都存在一極大值點(diǎn)，同時(shí)所有等溫線的極值點(diǎn)所對應(yīng)的H2O的摩爾分?jǐn)?shù)x2的值基本聚集在x2=0.50附近。不同溫度下超額摩爾體積VmE的變化趨勢相似，在組成相同的情況下隨著溫度的增加VmE總趨勢變大。按Redlich-Ki