功能化離子液體的制備、性能及應(yīng)用的研究.pdf

1、離子液體由于具有極低的蒸氣壓、較高的熱穩(wěn)定性和可調(diào)的溶解能力被作為一種取代傳統(tǒng)揮發(fā)性有機(jī)溶劑的綠色介質(zhì)而廣泛的應(yīng)用在有機(jī)合成、分離提純領(lǐng)域，由于電導(dǎo)率高、穩(wěn)定電化學(xué)窗口寬和可調(diào)的酸堿性被作為新型電解質(zhì)和高效催化劑而應(yīng)用于催化化學(xué)和電化學(xué)研究領(lǐng)域，由于其配位能力低、界面張力和界面能小以及它們易形成氫鍵而具有的較高有序性使它們在具有特殊形貌的納米材料制備中既可作介質(zhì)又起到模板劑的作用。因此離子液體的研究無論對科學(xué)基礎(chǔ)理論研究還是實(shí)際應(yīng)用都有

2、極為重要的意義。目前，離子液體化學(xué)發(fā)展急需解決的問題就是如何利用離子液體的性質(zhì)可調(diào)性來設(shè)計(jì)合成具有特定功能的離子液體以使其在某些應(yīng)用領(lǐng)域具有特殊的作用以及如何簡化離子液體的合成過程，降低離子液體的合成成本以實(shí)現(xiàn)離子液體的大規(guī)模工業(yè)化。本論文依據(jù)這種理念設(shè)計(jì)合成了五個(gè)系列18種未見文獻(xiàn)報(bào)道的新型離子液體：
　　1、設(shè)計(jì)合成了六種新型烷基咪唑丙酮酸離子液體：1-乙基-3-甲基咪唑丙酮酸鹽、1-正丁基-3-甲基咪唑丙酮酸鹽、1-正戊基-

3、3-甲基咪唑丙酮酸鹽、四乙基銨丙酮酸鹽、四丁基銨丙酮酸鹽和膽堿丙酮酸鹽。運(yùn)用FT-IR、1H NMR和元素分析對其結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了確定，并研究了它們的相轉(zhuǎn)變溫度、電化學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性和溶解性。結(jié)果顯示，這六種離子液體的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于室溫，最低值達(dá)-77℃，熱分解溫度在105℃左右，電導(dǎo)率變化范圍為0．056至3．0mS／cm，穩(wěn)定電化學(xué)窗口均在2．3V左右并且溶解性良好。同時(shí)，利用1-正戊基-3-甲基咪唑丙酮酸鹽離子液體作為溶劑、

4、模板劑和CO2的來源制備了三種碳酸鹽材料，并用FT-IR、XRD、TEM、BET對材料進(jìn)行了表征，結(jié)果證明，所合成碳酸鹽為具有較高比表面積和稻草束狀形貌的介孔材料。表現(xiàn)出這類離子液體在材料制備中潛在的功能和廣闊的應(yīng)用前景。
　　2、運(yùn)用簡單低成本和環(huán)境友好的方法合成了三種兩元低共熔離子液體：四丁基溴化銨-咪唑、氯化膽堿-咪唑、1-乙基-3-丁基苯并三氮唑六氟磷酸鹽-咪唑。首先運(yùn)用拉曼光譜研究了各組分熔點(diǎn)降低和形成室溫離子液體的原因

5、。同時(shí)研究了兩元低共熔離子液體的粘度、電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定窗口及溶解性，并用Walden規(guī)則對其離子化程度和蒸氣壓進(jìn)行了理論分析。結(jié)果表明，這三種兩元低共熔離子液體具有較低的蒸氣壓和較高的離子化程度，電導(dǎo)率的最大值為52mS／cm，最寬的穩(wěn)定電化學(xué)窗口為3．4V，粘度最低值為3．1cp，并且是典型的非牛頓流體。更為特殊的是，這些離子液體除了具備傳統(tǒng)離子液體在有機(jī)溶劑中的溶解性外，還對一些固體化合物具有較好的溶解性，這為拓寬離子液體的應(yīng)用范

6、圍奠定了良好的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此外，這種合成方法大大的降低了離子液體的合成成本，無污染，具有很好的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的前景。
　　3、設(shè)計(jì)合成了以高價(jià)態(tài)環(huán)狀三亞胺基磷腈為陰離子、烷基咪唑?yàn)殛栯x子的五種新型離子液體：1-乙基-3-甲基咪唑三亞胺基磷腈、1-正丁基-3-甲基咪唑三亞胺基磷腈、1-正戊基-3-甲基咪唑三亞胺基磷腈、1-正己基-3-甲基咪唑三亞胺基磷腈、1-正辛基-3-甲基咪唑三亞胺基磷腈。運(yùn)用FT-IR、1H NMR和31P

7、 NMR確定了它們的組成和結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了相轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性、電導(dǎo)率和溶解性的測試，結(jié)果顯示，這種高價(jià)態(tài)的離子液體在室溫下呈液態(tài)，分解溫度為210℃，同時(shí)電導(dǎo)率的變化范圍是0．002-10．4mS／cm。這類離子液體是目前文獻(xiàn)報(bào)道的相變溫度最低的高價(jià)離子液體。
　　4、設(shè)計(jì)合成了以丁二酰亞胺為陰離子，烷基咪唑?yàn)殛栯x子的三種新型離子液體：1-乙基-3-甲基咪唑丁二酰亞胺、1-正丁基-3-甲基咪唑丁二酰亞胺、1-正己基-3-甲基咪唑丁

8、二酰亞胺。運(yùn)用FT-IR、1H NMR、DSC、TG確定了它們的組成、結(jié)構(gòu)、熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性并研究了電導(dǎo)率和溶解性等性質(zhì)，結(jié)果顯示，這三種離子液體具有較低的熔點(diǎn)（分別為-3．15、-17．63和-15．77℃），同時(shí)具有較高的熱穩(wěn)定性（熱分解溫度分別是228、225和220℃），電導(dǎo)率的變化范圍是0．021-9．70mS／cm，且在有機(jī)溶劑中具有良好的溶解性。同時(shí)將這三種離子液體應(yīng)用到CO2的吸附中。測試了離子液體在不同溫度下對CO2的吸

9、附性能，對吸附作用進(jìn)行了簡單的討論，并且對離子液體進(jìn)行了循環(huán)使用。結(jié)果顯示，這三種離子液體對CO2具有較好的吸附性能，同時(shí)CO2的解吸附過程簡單，離子液體的重復(fù)利用率高。
　　5、設(shè)計(jì)合成了帶有胺基和膦酯基官能團(tuán)的離子液體：1-（2-胺乙基）-3-（2-二乙氧基膦酯基）乙基咪唑溴。首先用FT-IR、1H NMR確定了離子液體的組成和結(jié)構(gòu)，并研究了它的熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性、電導(dǎo)率和溶解性，結(jié)果顯示這種離子液體在室溫下呈液態(tài)，熱分解溫度是2