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基本信息

項(xiàng)目名稱：
胺型離子液體水溶液的電導(dǎo)率研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
離子液體是近十年來在“綠色化學(xué)”的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料。胺型離子液體制備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、毒害性小，在CO2吸收及諸多反應(yīng)過程中均表現(xiàn)出良好的性能，是一種新型的離子液體材料。本項(xiàng)目制備了2種胺型離子液體，利用電導(dǎo)率法，詳細(xì)探討了該類材料的導(dǎo)電性能。
詳細(xì)介紹：
離子液體（ILs）是近十年來在綠色化學(xué)的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，工業(yè)應(yīng)用前景已表現(xiàn)出強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力，主要由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和特有的功能。研究表明，離子液體具有許多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如特有的導(dǎo)電性、近乎為零的蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性、較高的極性等，離子液體的這些特殊性質(zhì)推動(dòng)了其在催化、合成、萃取等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，水溶性是離子液體的一種重要性質(zhì)，相關(guān)研究表明，絕大多數(shù)的離子液體放置在空氣中一段時(shí)間后，都會(huì)不同程度地吸收水分。水的存在不但會(huì)極大地影響到離子液體的物理性質(zhì)（如離子液體的粘度、密度、電導(dǎo)率、體積等），同時(shí)，還會(huì)影響到有離子液體參與的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率以及反應(yīng)的選擇性。不僅如此，由于離子液體幾乎是不揮發(fā)的，顯然它進(jìn)入環(huán)境最可能的途徑是進(jìn)入水系，因此特別需要掌握盡可能多的有關(guān)離子液體與水相互作用的信息，以確定其對(duì)環(huán)境的影響，從而有助于我們對(duì)離子液體的毒性以及其作為“綠色溶劑”的概念進(jìn)行全面評(píng)估；另一方面，離子液體與水的相互作用研究也能為設(shè)計(jì)功能化的離子液體提供指導(dǎo)。因此，研究離子液體和水之間的相互作用具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 目前，國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)采用各種手段對(duì)離子液體和水的相互作用進(jìn)行了探索。其中，咪唑型離子液體成為普遍的研究熱點(diǎn)，引起了學(xué)術(shù)界相當(dāng)多的關(guān)注，針對(duì)這一類型的離子液體，人們開展了一系列從理論到實(shí)驗(yàn)的研究。然而，對(duì)咪唑型之外的其他類型的離子液體-水體系的研究，則相對(duì)少得多。近些年，胺型離子液體逐漸引起人們關(guān)注，主要因?yàn)樵擃愲x子液體具有原料廉價(jià)易得、合成方便、毒害性小等諸多優(yōu)點(diǎn)。前期的研究發(fā)現(xiàn)，胺型ILs不僅可以作為水解反應(yīng)中環(huán)境友好的溶劑和催化劑，在其中進(jìn)行的二烷氧基丙烷裂解反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性與使用傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的方法相比都有顯著提高。此外，某些胺型ILs在空氣和水中都十分穩(wěn)定，可用作抗菌材料；帶有胺基的ILs對(duì)CO2氣體有較強(qiáng)的吸收能力，而且當(dāng)溫度升高或壓力減小時(shí)，CO2氣體又會(huì)釋放出來，ILs可以循環(huán)使用，不會(huì)污染環(huán)境，這些功能化胺型ILs的出現(xiàn)為解決化工、材料、環(huán)境、能源等方面的問題提供了一種新的思路。由此可預(yù)見，胺型ILs有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。胺型ILs是親水型ILs，但是目前對(duì)胺型離子液體水溶液的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究還相當(dāng)欠缺，該種體系的物理化學(xué)數(shù)據(jù)也相當(dāng)匱乏。為此，我們開展了該方面的研究工作。

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  • 胺型離子液體水溶液的電導(dǎo)率研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的: 通過測(cè)定不同溫度及不同濃度下胺型離子液體水溶液電導(dǎo)率，分析水及溫度對(duì)胺型離子液體微觀結(jié)構(gòu)造成的影響，總結(jié)在不同外界條件下胺型離子液體與水的相互作用規(guī)律。 思路： (1)合成并純化硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氫型離子液體。 (2)將兩種離子液體分別配置成離子液體水溶液，在同一溫度下，測(cè)量?jī)煞N離子液體+水體系不同濃度時(shí)的電導(dǎo)率。 (3)分別測(cè)量?jī)煞N離子液體+水體系在不同溫度下的電導(dǎo)率。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

(1)突破現(xiàn)有文獻(xiàn)中主要以咪唑型離子液體為研究對(duì)象的局限，拓展到胺型離子液體這一類相對(duì)更廉價(jià)易得的離子液體，研究其與水的作用特點(diǎn)，為其工業(yè)化應(yīng)用提供指導(dǎo)。 (2)通過測(cè)定全濃度范圍內(nèi)胺型離子液體水溶液的電化學(xué)數(shù)據(jù)，明確了溶劑、溫度對(duì)胺型離子液體微觀結(jié)構(gòu)的影響。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

研究表明，胺型離子液體已在催化、合成、電池、污水處理等諸多領(lǐng)域體現(xiàn)出了其優(yōu)良的性能。由于胺型離子液體具有適于電化學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，作為電解液既可以起溶劑的作用，又可以起電解質(zhì)的作用，可預(yù)見，胺型離子液體具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。本文的研究將有助于人們更深入地了解胺型離子液體的電化學(xué)性質(zhì)，明確溫度及濃度是影響胺型離子液體水溶液電導(dǎo)率的兩個(gè)重要因素，對(duì)胺型離子液體在電化學(xué)方面的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和幫助。

學(xué)術(shù)論文摘要

胺型離子液體制備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、毒害性小，在CO2吸收及諸多反應(yīng)過程中均表現(xiàn)出良好的性能，是一種新型的離子液體材料。但是，目前有關(guān)胺型離子液體水溶液性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的研究鮮有報(bào)道。本文合成了兩種胺型離子液體——硝酸正丁胺和二乙胺硫酸氫型離子液體，并分別測(cè)定了兩種離子液體水溶液在不同濃度及不同溫度下的電導(dǎo)率。結(jié)果顯示，隨著溫度和濃度的變化，胺型離子液體水溶液的電導(dǎo)率均呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，其原因主要是由于離子液體水溶液的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1]張鎖江，呂興梅等.離子液體－從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用 [2]鄧友全，離子液體－性質(zhì)、制備與應(yīng)用 [3]Zulfiqar F, Kitazume T. Ionic liquid catalyzed Henry reactions [4]Plechkova N V, Seddon K R. Applications of ionic liquids in the chemical industry [5]Huddleston J G., Willauer H D, Swatloski R P, Visser A E, Rogers R D. Room temperature ionic liquids as novel media for clean liquid-liquid extraction [6]Anthony J L, Maginn E J, Brennecke J F. Solution thermodynamics of imidazolium-based ionic liquids and water [7]Saha S, Hamaguchi H. Effect of water on the molecular structure and arrangement of Nitrile-Functionalized ionic liquids [8]李汝雄. 綠色溶劑－離子液體的合成與應(yīng)用, 第一版 [9]Li W, Zhang Z, Han B, Hu S, Xie Y, Yang G. Effect of water and organic solvents on the ionic dissociation of ionic liquids [10]Greaves T L, Weerawardena A, Fong C, Krodkiewska I, Drummond C J. Protic ionic liquids: Solvents with tunable phase behavior and physicochemical properties

同類課題研究水平概述

離子液體（ILs）是近十年來在“綠色化學(xué)”的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料，研究表明，離子液體具有許多特殊而優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，如近乎為零的蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性、較高的極性、較寬的電化學(xué)窗口、特有的導(dǎo)電性能、與有機(jī)溶劑和無機(jī)溶劑良好的共溶性等，目前離子液體已在工業(yè)催化、有機(jī)合成、分離萃取、電化學(xué)及高分子聚合等諸多領(lǐng)域扮演著重要角色，并且其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和特有的功能使得其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，其誘人的工業(yè)應(yīng)用前景更成為其發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。目前，咪唑型離子液體已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，然而，對(duì)咪唑型之外的其他離子液體的研究，則相對(duì)少得多。 在已涉及的各類離子液體中，胺型離子液體具有原料廉價(jià)易得、合成方便、毒害性小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在諸多反應(yīng)過程中均表現(xiàn)出良好的性能，前期的研究發(fā)現(xiàn)，胺型ILs不僅可以作為水解反應(yīng)中環(huán)境友好的溶劑和催化劑，在其中進(jìn)行的二烷氧基丙烷裂解反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性相比傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑都有顯著提高。此外，某些胺型ILs在空氣和水中都十分穩(wěn)定，可用作抗菌材料；帶有胺基的ILs對(duì)CO2氣體有較強(qiáng)的吸收能力，而且當(dāng)溫度升高或壓力減小時(shí)，CO2氣體又會(huì)釋放出來，ILs可以循環(huán)使用，不會(huì)污染環(huán)境，這些功能化胺型ILs的出現(xiàn)為控制和減少大氣污染提供了一種新的思路。但是目前國(guó)內(nèi)外的研究主要針對(duì)胺型離子液體的應(yīng)用，而針對(duì)胺型離子液體的溶劑化行為這一基礎(chǔ)研究開展的還相當(dāng)?shù)纳?，?duì)該種離子液體陰陽(yáng)離子的溶劑化行為以及由此引起的對(duì)其宏觀性質(zhì)的影響都不甚明了，亟待相互研究提供說明和指導(dǎo)。因此本研究擬針對(duì)胺型離子液體水溶液體系，測(cè)定其隨濃度變化的電化學(xué)性質(zhì)，探索胺型離子液體與水的相互作用規(guī)律，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)功能化的胺型離子液體提供指導(dǎo)。
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