CO2調控離子液體-水體系及其在反應分離中的應用.pdf

1、由于獨特的性質，離子液體已作為“綠色溶劑”廣泛用于有機合成、兩相催化等領域。尤其是，離子液體在分離科學領域起著重要的作用，疏水性離子液體-水兩相體系已用于中性有機分子和金屬離子的萃取分離等。但是，疏水性離子液體的種類非常有限且陰離子中含有氟原子，含氟的陰離子價格比較昂貴而且環(huán)境不友好。親水性離子液體種類較多，但一般必須與無機鹽形成雙水相后才能用于分離萃取。在實際過程中，雙水相的應用會產生難以處理的高濃度的鹽水溶液，不符合可持續(xù)化學的要求

2、。因此，開發(fā)陰離子不含氟原子的疏水性離子液體-水兩相體系和易于循環(huán)利用的親水性離子液體-鹽-水雙水相體系，對于均相化學反應、異相分離過程是非常必要的。
　　在常壓下，CO2作為可逆“開關”已經成功地應用于“可控溶劑”的研究和開發(fā)。這一概念所涉及的基本原理是，有機堿與CO2反應生成銨鹽，且該反應為可逆反應。常壓下CO2作為可逆“開關”有兩個顯著的優(yōu)點:①不需要高壓裝置;②由于生成的銨鹽可以循環(huán)使用，避免了高濃度鹽的使用所造成的水環(huán)境

3、污染問題。鑒于以上分析，我們將離子液體與常壓CO2相結合，并且引入脂肪胺，設計了一系列基于離子液體的CO2調控離子液體-銨鹽雙水相體系。同時，把含有氮原子的基團引入到疏水性離子液體的陰離子或陽離子上，這些功能化離子液體可以與水形成可控離子液體-水兩相體系。因此，本文在設計、合成功能化離子液體的基礎上，系統地研究了CO2調控離子液體-水體系的物理化學性質、相行為、分子間相互作用、可控離子液體-銨鹽雙水相體系的成相組分對離子液體的回收和脂肪

4、胺-芳香胺的選擇性分離以及可控離子液體-水兩相體系對于化學反應、產物分離和離子液體回收耦合過程的調控規(guī)律，為可控離子液體-水體系在化學反應及液-液萃取分離中的應用提供科學依據。主要內容如下:
　　1.系統考察了離子液體的結構（如官能團的性質和陰、陽離子的特性等）、脂肪胺（1，2-丙二胺，乙醇胺，二乙醇胺，2-甲氨基乙醇胺，N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺）相應銨鹽的鹽析能力、成相組分的濃度對可控離子液體/銨鹽雙水相體系相行為的影響規(guī)律以

5、及對離子液體分離性能的調控規(guī)律。在常壓下，將CO2和可循環(huán)利用的脂肪胺相結合，為發(fā)展一種有效、簡單、可持續(xù)的從水溶液中回收離子液體的新方法提供了科學依據。
　　2.研究了離子液體與代表性苯胺類化合物（苯胺、鄰甲苯胺、間甲苯胺、對甲苯胺、2，6-二甲基苯胺、間氯苯胺、對氯苯胺和間硝基苯胺）的相互作用、可控離子液體雙水相對脂肪胺/芳香胺的選擇性分離，系統考察了雙水相中離子液體與苯胺類化合物之間的疏水性相互作用、氫鍵相互作用、π-π相互

6、作用以及成相銨鹽對苯胺類化合物的鹽析作用對苯胺類化合物選擇性分離效果的影響，分析了離子液體對這些芳香胺萃取分離作用的主要驅動力。提出了一種有效的、環(huán)境友好的選擇性分離脂肪胺和芳香胺的新方法。
　　3.根據離子液體的結構與性能的關系，設計、合成了陰離子為唑類化合物的功能化離子液體[CnDIPA][Im]、[CnDIPA][Pyr]和[CnDIPA][Triz](n=4，6，8)。常壓下，利用CO2可調控該類離子液體-水混合物的相行為

7、:常溫常壓下離子液體和水的互溶性很差，以兩相形式存在，通入CO2后離子液體-水兩相體系轉變?yōu)榫囿w系，隨后通入N2/空氣，均相體系重新恢復到兩相體系。通過NMR光譜和DFT計算詳細研究了這類離子液體由疏水性轉變?yōu)橛H水性的機理，并利用離子液體-水兩相溶劑體系制備了金納米粒子，實現了化學反應、產物分離及離子液體回收的有效耦合。
　　4.設計、合成了陰離子為含氮雜環(huán)化合物功能化的離子液體[CnDEA][2-OP]、[CnDEA][3-O

8、P]、[CnDEA][4-OP]、[CnDEA][Pyr]和[CnDEA][Triz](n=6,8)。利用CO2和溫度可同時調控該類離子液體-水混合物的相行為:在一定溫度下，離子液體和水形成兩相體系，降低溫度轉變?yōu)榫囿w系，隨后升高溫度體系重新恢復為兩相體系。向兩相體系中通入CO2，體系轉變?yōu)榫囿w系，然后通入N2或空氣體系重新轉變?yōu)閮上囿w系。利用NMR光譜詳細研究了CO2和溫度雙驅動的離子液體由疏水性轉變?yōu)橛H水性的機理。這類具有兩種外