離子液體[Bmim]BF-,4-的純化與回收及相關熱力學研究.pdf

1、離子液體因其獨特的理化性質已成為人們研究的熱點。目前在各類離子液體的研究和應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據會造成離子液體[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，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在要求。 本文合成了離子液體[Bmim]BF4，較為詳細的研究了H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的液液相平衡關系，并以H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的相平衡數據為指導，在考察了純化及回收過程中不同因素對離子液體[Bmim]BF4產率的影響后，得到了水洗過程較為合理的CH2Cl2及H2O用量。同時對不同溫度下[B

3、mim]BF4-H2O體系的超額摩爾體積進行了研究。主要內容如下： 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、密度等手段對產物進行表征，結果表明產物為目標產物[Bmim]BF4且純度在99％以上。 2.采用濁點法測定常壓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行關聯；采用濁點-密度法測定常壓30℃下H2O(w1)

4、-CH2Cl2(w2)-[Bmim]BF4(w3)體系的相平衡數據。結果表明，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提出的經驗方程對30℃下的H2O(w1)-CH2Cl2(w2)-[Bmim]BF4(w3)體系液液相平衡數據進行關聯，計算結果表明，關聯最大相對誤差為84.5％，最大相對平均誤差為61.47％，關聯精度不高，結果不理想。采用Othmer-Tobias經驗方程+溶解度方程法對其關聯，計算結果表明，關聯最大相對誤差為4.43％，最大平均相對誤差為3.03％，關聯精度較高，

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聯計算。 4.以H2O-CH2Cl2-[Bmim]BF4三元體系的液液相平衡數據為指導，對合成離子液體[Bmim]BF4的純化過程中所涉及的影響因素進行考察。在綜合考察了純化時CH2Cl2用量及H2O用量等因素對離子液體[Bmim]BF4得率的影響后，得到了水洗時較為合理的CH2Cl2用量及H2O用量，質量比為：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的影響因素進行考察。實驗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、結果表明回收的離子液體[Bmim]BF4純度符合實驗要求，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，同時所有等溫線的極值點所對應的H2O的摩爾分數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