乙酸离子液体物理化学性质的研究

论文摘要

离子液体作为一种新型反应介质和功能材料受到产业界和学术界的高度重视,目前已成为多学科交叉的、最活跃的前沿研究领域之一。乙酸类离子液体在手性氨基酸的分离与提取、氨基酸的酶拆分、促进阿昔洛韦等药物渗透皮下组织和HecK反应催化等领域有广阔应用前景。另外,它具有成本低、易降解等特点,被称为新一代、环境更友好的功能离子液体。一种新的离子液体在工业化生产之前,必须对其物理化学性质进行研究。本文以此为指导思想,进行了如下工作:合成了1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐（[C4mim][Ac]）,分别用核磁共振（1H-NMR）和差热扫描量热（DSC）进行了表征。依据标准加入法（SAM）,用密度天平测定了一系列不同含水量的乙酸离子液体[C4mim][Ac]的密度,外推得到了298.15 K时纯[C4mim][Ac]的密度,计算了298.15 K下[C4mim][Ac]的分子体积、标准熵和晶格能;依据标准加入法,用最大气泡法测定了一系列不同含水量的乙酸离子液体[C4mim][Ac]的表面张力,外推得到了298.15 K时纯[C4mim][Ac]的表面张力,计算了298.15 K下[C4mim][Ac]的表面熵、表面能、汽化焓。在以上实验数据的基础上,利用分子体积估算了乙酸离子液体同系物[Cnmim][Ac]（n = 2, 3, 5, 6）的密度、标准熵和晶格能;利用等张比容的加和性估算了[Cnmim][Ac]（n = 2, 3, 5, 6）的表面张力、汽化焓和热膨胀系数;以表面张力数据为基础,得到了[C4mim][Ac]的临界温度,进而计算出了假想正常沸点,从而得到了不同温度下[C4mim][Ac]的汽化焓和饱和蒸汽压,在温度高达420℃时其饱和蒸汽压也很小,这与人们对离子液体的认识经验是一致的。用阿贝折光仪测定了不同温度下不同含水量的[C4mim][Ac]的折光率,计算了它的摩尔极化度和极化率;利用等张比容、表面张力和摩尔极化度估算了乙酸离子液体同系物[Cnmim][Ac]（n = 2, 3, 5, 6）的折光率。考察了空穴模型理论对乙酸离子液体同系物的适用性,结果表明空穴半径与平均离子半径的比值都小于0.6,这与第四章的实验值相一致。空穴模型理论解释了乙酸离子液体同系物粘度较大的原因。测定了不同温度下乙酸离子液体同系物[Cnmim][Ac]（n = 3, 4, 5, 6）的粘度和电导率,考察了这两个性质随温度的变化趋势,探究了Arrhenius方程和Fulcher方程对乙酸离子液体的适用性。考察了John M. Slattery等提出的估算方法的合理性。通过与实验值比较发现,John M. Slattery等的粘度和电导率估算方法适用于乙酸离子液体同系物,但是密度有所偏差,具体原因还需更多的实验来论证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 第1章 序言
• 1.1 离子液体
• 1.1.1 离子液体简介
• 1.1.2 离子液体的分类
• 1.1.3 离子液体的性质
• 1.1.4 离子液体的合成
• 1.1.5 离子液体的应用
• 1.1.6 离子液体与环境保护
• 1.2 离子液体的相关理论
• 1.2.1 离子液体晶格能的计算
• 1.2.2 离子液体标准熵的计算
• 1.2.3 离子液体等张比容的估算
• 1.2.4 离子液体汽化焓的估算
• 1.2.5 离子液体空隙模型理论
• 1.2.6 空穴模型理论
• 1.3 本文的研究方向和主要思路
• 4mim][Ac]的合成和表征'>第2章 乙酸离子液体[C₄mim][Ac]的合成和表征
• 4mim][Ac]的合成'>2.1 乙酸离子液体[C₄mim][Ac]的合成
• 2.1.1 实验试剂和仪器
• 4mim][Ac]的合成'>2.1.2 [C₄mim][Ac]的合成
• 4mim][Ac]的表征'>2.2 乙酸离子液体[C₄mim][Ac]的表征
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.2 核磁共振表征
• 2.2.3 示差扫描量热表征
• 4mim][Ac]密度、表面张力和折光率的研究'>第3章 [C₄mim][Ac]密度、表面张力和折光率的研究
• 4mim][Ac]密度的测定'>3.1 [C₄mim][Ac]密度的测定
• 3.1.1 实验试剂和仪器
• 4mim][Ac]密度的测定'>3.1.2 [C₄mim][Ac]密度的测定
• 4mim][Ac]表面张力的测定'>3.2 [C₄mim][Ac]表面张力的测定
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 4mim][Ac]表面张力的测定'>3.2.2 [C₄mim][Ac]表面张力的测定
• 4mim][Ac]折光率的测定'>3.3 [C₄mim][Ac]折光率的测定
• 3.3.1 实验试剂和仪器
• 4mim][Ac]折光率的测定'>3.3.2 [C₄mim][Ac]折光率的测定
• 3.4 乙酸离子液体同系物物化性质的估算
• 3.4.1 乙酸离子液体的体积性质
• 3.4.2 乙酸离子液体的表面性质
• 3.4.3 乙酸离子液体同系物表面张力的估算
• 3.4.4 乙酸离子液体热膨胀系数的估算
• 3.4.5 乙酸离子液体的汽化焓和蒸汽压的估算
• 3.4.6 乙酸离子液体同系物摩尔极化度和折光率的估算
• 3.4.7 空穴理论在乙酸离子液体同系物中的应用
• 3.5 本章小结
• 第4章 乙酸离子液体粘度和电导率的研究
• 4.1 乙酸离子液体粘度的研究
• 4.1.1 实验试剂和仪器
• 4.1.2 [Cnmim][Ac]粘度的测定
• 4.1.3 [Cnmim][Ac]的粘度数据分析
• 4.2 乙酸离子液体电导率的研究
• 4.2.1 实验试剂和仪器
• 4.2.2 [Cnmim][Ac]电导率的测定
• 4.2.3 [Cnmim][Ac]的电导率数据分析
• 4.3 本章小结
• 4mim][Ac]物化性质方法的探究'>第5章 用分子体积估算[C₄mim][Ac]物化性质方法的探究
• 5.1 用分子体积估算物化性质的方法
• 4mim][Ac]的物化性质'>5.2 用分子体积估算[C₄mim][Ac]的物化性质
• 5.2.1 密度的估算
• 5.2.2 粘度的估算
• 5.2.3 电导率的估算
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 表征谱图
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况