（工业催化专业论文）离子液体表面界面性能的研究.pdf

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a l k y l - n - - a l k y l - i m i d a z o l i u mi o n i cl i q u i da n d m i x t u r eo fi o n i cl i q u i d ，t h ei n t e r f a c et e n s i o nb e t w e e ni o n i cl i q u i d sa n da l k a n e sw e r e e x p e r i m e n t a l l ys t u d u e d t h eh a r d - s p h e r em o d e lt h e o r yi sp r o p o s e dt oc a l c u l a t et h es u r f a c e t e n s i o no fi o n i cl i q u i d t h ef o l l o w i n gr e s u l t sw e r eo b t a i n e d t h ef i r s t ，w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g , t h es u r f a c et e n s i o no fp u r ei o n i c l i q u i d d e c r e a s e d r e i s sm o l e c u l a rh a r d s p h e r em o d e lw a sa p p l i e dt oc a l c u l a t et h es u r f a c et e n s i o n o f2 8p u r ei o n i cl i q u i d s ，t h ec o r r e s p o n d i n gc o r r e l a t i o np a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e d a n dt h e a v e r a g ed e v i a t i o no fs u r f a c et e n s i o nb e t w e e n 0 5 1 c a l c u l a t i o nv a l u ea n de x p e r i m e n t a lo n ei s t h es e c o n d ，s u r f a c et e n s i o n so ft w om i x t u r eo fi o n i cl i q u i d sw e r ea l s os t u d i e d ，a n dt h e r e s u l t ss h o w e dt h a tw i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ，t h es u r f a c et e n s i o no fi o n i cl i q u i d s m i x t u r ed e c r e a s e d a tt h es a m et e m p e r a t u r e ，f i x e di no n eo ft w os u b s t a n c e s ，a n o t h e rt o c o n t a i nt h es a l l l ea n i o ns e r i e so fi o n i cl i q u i d sw i t hc a t i o n so fn i t r o g e no nt h ei m i d a z o l e r i n gas u b s t i t u e n tc a r b o nc h a i ni n c r e a s e s ，t h es u r f a c et e n s i o no ft h em i x t u r ed e c r e a s e d i ti s s a m ew i t ht h et r e n do fp u r ei o n i cl i q u i d sa r e r i n t r o d u c i n gt h em i x i n gr u l ei n t ot h em o d e l o fd u r ei o n i cl i q u i d ，t h ec a l c u l a t i o n s u r f a c et e n s i o no fi o n i cl i q u i dm i x t u r ew a s e s t a b l i s h e d t h e n16p a i r so fi 。n i cl i q u i ds y s t e m sw e r ep r e d i c t e d ， a n dt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sa r ev e r y t h et h i r d ，i n t e r f a c et e n s i o n sb e t w e e ni o n i cl i q u i d s a n dn - a l k a n e sw e r es m d l e d lh e r e s u l t ss h o w e dt h a t ，w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ，t h “n t 刊沁e t e n s i o nb e 附e e n 1 ( ：n l c l i q u i d sa n dn - a l k a n e sd e c r e a s e d ，a n dw i t h t h eg r o w t ho fan i t r o g e ns d b s t l _ e n t c 嘤。n c 矗i n i t s 耐a c ee n e r 科砌s u m c ee n t r o p yi n c r e a s e d i f w ec o n s i d e r m n t e 什a c ： t e n s i o no fp u r ei o n i cl i q u i d sa n do r g 砌cs 。l v e i l t s a sa 如n c t i o no fm e s u r f a c e e n s l o n ? p u r ei o n i cl i q u i d s a n do r g a n i cs o l v e n t s ，ac o r r e c t i o np a r a m e t e r i sg i v e n , a n d h e 删1 1 s ：n o s c u l a t ew i mt h er u l et h a tc o r r e c t i o np a r a m e t e ro f n o n - p o l a r 7p o l a r8 y s t e m s l “。w e r h a n o n e k e y w 。r d s i o n i cl i q u i d s ；s u 献et e n s i 。n ；i n t e r f i c a l t e n s i o n ；s e a l e dp 删e t h e 。r y ：h a r d s p h e r em o d e l 1 i i 可北科技人学硕十学伊论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 离子液体概述1 1 1 1 离子液体的种类l 1 1 2 离子液体的应用3 1 1 3 离子液体的理化性质4 1 2 表面界面张力5 1 2 1表面界面张力的定义5 1 2 2 表面张力的影响因素5 1 2 3 表面张力的测量方法6 1 2 4国内外研究现状及研究意义6 1 3 本论文研究内容8 第2 章实验部分9 2 1 实验原料9 2 2 仪器设备一9 2 3 实验原理及实验步骤1 0 2 3 1d c a t 系列表面界面张力仪简介。l o 2 3 2仪器测量原理1 1 2 3 - 3实验步骤1 2 2 3 4离子液体的回收1 4 第3 章离子液体表面界面张力实验测定l5 3 1纯离子液体表面张力的研究l5 3 2 混合离子液体表面张力的研究1 9 3 3离子液体与有机物界面性能的研究2 2 3 4 本章小结2 7 第4 章离子液体表面张力的关联与预测2 8 4 1基于定标粒子理论的硬球模型2 9 4 2 离子液体表面张力的关联与预测：3 l 4 2 1纯离子液体表面张力的关联与预测3 l 4 2 2 混合离子液体表面张力的关联与预测4 l 4 3 本章小结4 5 i v 目录 4 6 4 7 ：；8 6 3 6 4 v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 离子液体概述 离子液体( i o n i cl i q u i d ) ，是一种在室温或近于室温的情况下呈现液态的，由特 定的阴阳离子组成的新型物质。由于设计者可以根据自己的需要来选择离子液体的 有机阳离子和无机阴离子，因此，可以通过简单地变换阴阳离子构成来控制其熔点、 粘度、密度、溶解性等物性柬满足不同使用者的需求，故而，人们也把离子液体叫 做“可设计的溶剂”。经由传统的高温熔融盐演变而来的离子液体其性质和行为与 一般离子化合物有着很大的差别，主要表现在：蒸汽压几乎为零，非挥发性；无色、 无味，无污染；具有较宽的温度稳定范围、良好的化学稳定性以及适宜粘度；对无 机物、水、有机物及聚合物良好的溶解性，并且可将其酸度调至超酸：只与部分有 机溶剂互溶；可将憎水离子液体用于水的非共溶极性相；优良的导电性。由于离子 液体具有以上独特的化学及物理性质，因此，可作为化学反应与电化学体系的介质 等从而替代传统的有机溶剂和电解质【2 】。在众多的离子液体中，以1 烷基甲基眯哗 类哗为阳离子的离子液体具有对空气、水稳定；弱的配位能力，较宽的液念温度范 围等其他离子液体无法比拟的独有的特点，成为备受关注的化学反应介质 ”】。离子 液体的这些特有性能，无论是在化学研究方面，还是在解决现代工业带来的环境污 谁问题方面都会有突破性进展。因此，二十一世纪理想的绿色化学溶剂【5 7 1 非它莫属， 而它在化学合成( 包括无机和有机合成) 、催化、绿色化学和分离过程等领域都显 示出良好的发展前景，受到各国科技工作者的亲睐。 1 1 1 离子液体的种类 离子液体是由特定的阴阳离子组成的，而组成离子液体的阴、阳离子的种类有 成百上千种，按照阳离子分类可以分为季铵盐类、季磷盐类、咪哗类、噻唑类、吡 咯啉类等：按阴离子分类主要分成两类，一类是单核阴离子，如四氟硼酸盐( b f 4 - ) 、 六氟磷酸盐( p f 6 - ) 、硝酸盐( n 0 3 ) 、亚硝酸盐( n 0 2 ) 、硫酸盐( s 0 4 2 - ) 、c h 3 c o o 、 s b f 6 、z n c l 3 。、s n c l 3 。、n ( c f 3 s 0 2 ) 。、n ( c 2 f s s 0 2 ) z 。、n ( f s 0 2 ) 。、c ( c f 3 s 0 2 ) 3 、c f 3 c 0 2 、 c f 3 s 0 3 等，此类阴离子一骰呈是碱性或中性，一类是多核阴离子，如a 1 2 c 17 、 a 13 c 1 l o 、a u 2 c 1 7 、f e 2 c 17 。、s b 2 f i i 、c u 2 c 1 3 。、c u 3 c h ，这类阴离子一般可通过相应 的酸得到，对水和空气不稳定。 将不同的阴阳离子组合，得到一系列性质不同的离子液体。目前研究较多的咪 唑类离子液体，由表1 1 、1 2 所示的阳离子和含氟阴离子构成的。 河：l 匕科技人学硕十：学伊论文 表1 1 离子液体的刚离子 t a b i - 1c a t i o n so fi o n i cl i q u i d s r 1r 二r 3r 4 t y p e a b b r e v i a t i o n c h 3 l c h 3 had m i m c 2 h s h c h 3 hbe m i m c 2 h 5 h c 2 h 5 hce e i m c h 3 c h 2 c h ! c h 2 h c h 3 h db m i m ( c h 0 2 c h c h 2 hch；he c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 h c 3 h 5 hfb e i m c h ； h c h 3 0 c h 2 c h 2 hg ch；hc f 3 c h 2 hh c h ；c h ；c 2 h 5 h l c h ；c h ；c h 3 c h 2 c h 2 hj c 6 h o c h 2c h 3c h ；c h 2 c h 2 hk c 6 h 6 c h 2c h ；c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 hl c 6 h 6 c h 2c h ；( c h 3 c h 2 x c h 3 ) c h hm c 6 h 6 c h 2c h ；c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 c h 2 h n c h 3 h c 2 也c h 3 o c 2 h 5 h c ：h 5c h 3 p 表1 2 离子液体的阴离子 t a b 1 - 2a n i o n s o fi o n o el i q u i d s a n i o n s t y p e a n i o n s t y p e b f 4 。 a c f 3 c f ：c f ：c f 2 s 0 3 g p f 6 。b(cf3s02)2nh a f t (c(cf3s02)3c i sbf6dc f 3 c o o j f ( h f ) e c f 3 c f 2 c f 2 c o o k c f j s o ；。 f 2 第1 章绪论 理论上来说，由于种类繁多的阴阳离子可以按照人们的需要不同组合，可以形 成的离子液体种类几乎是无限的 引。而如何设计和选择阴阳离子组成新型的离子液体 成为离子液体研究及其应用的瓶颈。 1 1 2 离子液体的应用 离子液体的应用领域非常广泛【9 】，涉及到了电化学、分离工程、化学反应，有机 催化等众多领域，其中一些发展较快的领域已经实现了工业化。 1 1 2 1 电解质 离子液体具有良好的i 乜化学性质：高导电性、宽电化学窗口等，这是常规的分子 溶剂如水或有机化合物无法比拟的优点。而对离子液体在电化学方面的研究是早期 发展的推动力，也是当前研究的热点与重点。以n ( c f 3 s 0 2 ) 2 。为阴离子的离子液体的 出现在以离子液体作为电解质的研究中，具有十分重要的意义。1 9 9 6 年，b o n h o t e 等 对离子液体构效关系进行了研究，首次报道了含n ( c f 3 s 0 2 ) 2 的咪哗类离子液体 1 0 1 ， 此后( c f 3 s 0 2 ) 2 成为被广泛采用的离子之一。这种离子液体具有对水稳定，不溶于水， 低粘度、低熔点、高导电性的优点。以n ( c f 3 s 0 2 ) 2 为阴离子的吡咯和四级铵类离子 液体的电化学性质也得到了表征j 。 1 1 2 2 萃取剂 离子液体特殊的组成以及结构上的可调节性，导致其具有良好的溶解能力和可 调的溶解范围，这些都是其作为萃取剂的必要条件，无疑为它在萃取领域的应用奠 定了基础。但是，对早期的研究总结发现，所谓的结构调节仅仅是改变已有阳离子 取代基碳链的长短和墩代基位置。直到20 0 0 年成功合成含异喹啉类阳离子的离子液 体( 图1 1 ) 才打破这一局面，这类离子液体的特有结构决定了其芳香性和疏水性比 咪哗类更强，他们的出现使得芳香族化合物在萃取分离方面有了进一步的发展。 ， ，n n ( s 0 2 c f 2 c f 3 ) 2 。 r 图1 1含异喹啉类阿i 离子的离子液体结构 fi g 1 - 1 v - a i k y l i s o q u i n ol i n i u mc a ti o n e o n t a i n i n gi o n i cl i q u i d s 1 1 2 3 催化剂 均相催化与多相催化的利弊权衡一直是催化领域中的棘手问题【13 1 。将离子液体 应用于催化反应中，解决了这一难题，离子液体既可以作为溶剂也可以做为催化剂， 在反应过程中形成的两相在一定程度上缓解了均相催化与多相催化的矛盾。另外， 与传统的有机溶剂相比，离子液体具有绿色、耐高温的的优点，奠定了其在萃取领 域的地位。随着对离子液体的深入研究，离子液体在这一领域的应用会更活跃。 3 河北科技人学硕十学何论文 1 1 2 4 反应物 人们对于离子液体作为反应物的研究没有像上述的两个领域那样深入，但是离子 液体的独特性能决定了把离子液体作为反应物的研究将会是一个很有发展自i f 景的研 究方向。例如中国科学院兰州化学物理研究所经多年研究，成功地开发了使用离子 液体催化体系用c 0 2 取代剧毒的光气和c o 应用于异氰酸酯的合成工艺，此研究使异 氰酸酯的生产成为安全的绿色工程成为可能。而在有机合成反应中，产物易于分离 是固相合成独有的优点，但也具有聚合物载体易降解、反应慢的缺点【9 j 。f r a g ad u b r e u i l 等 1 4 】4 各离子液体引入固相合成中，提出了以离子液体作为载体的新合成方法，它解 决聚合物载体易降解、反应慢的缺点，其反应过程可通过常规分析方法监测。 1 1 3 离子液体的理化性质 随着离子液体中阴、阳离子的变化，离子液体的物理和化学性质会在很大范围 内改变。因此，我们可以根据需要，设计合成出不同性质的离子液体。 熔点是离子液体的重要参数之一【1 5 】，其大小与离子液体的化学结构以及离子液 体的阴阳离子有关。一般来说，对于含有相同阴离子的离子液体来说，含有低对称 性、弱分子削作用力和电荷的均匀分布的阳离子的离子液体熔点比较低而对于含 有同一阳离子的离子液体来说，熔点与阴离子的体积成反比【i 叫。密度是室温离子液 体材料最直接和最容易测量的物性参数之一。阴阳离子对密度的大小都有影响，但 是对他的影响结果不一样，密度值随着阳离子的增大而减小，随着阴离子增大而增 大，且阴离子对其影响程度要优于阳离子【1 7 】，因此也可以根据实际需要选择不同阴 阳离子对其密度进行调节【i 引。另外，离子液体的密度值还与温度相关。离子液体的 热稳定性与其化学结构有关，其阴阳离子的杂原子碳键、氢键强度决定离子液体液 态温度范围非常宽 1 9 】，例如， c 2 m i m b f 4 在3 0 0 。c 仍很稳定， c 2 m i m f 3 s 0 3 和 c 2 m i m ( c f 38 0 2 ) 2 n 的热稳定温度均在4 0 0 以上。离子液体的特殊结构组成决定了 其性能的特殊性，即具有既能溶解有机物、无机物又能溶解聚合物的特性【2 0 1 ，因此， 离子液体可用于萃取和作为反应介质，也因此溶解性能的好坏直接受组成离子液体 的阴阳离子的影响。大多数离子液体的黏度大于油，与传统有机溶剂相比大2 - - - 3 个 数量级，因黏度大使传递速率变慢电导率变小，因此黏度问题是离子液体走向工业 化需解决的问题之一【引j 。离子表面张力是液体( 包括固体) 表面的基本物理化学性 质之一，其大小与体系的温度、压力和界面两相物质的性质有关。通常离子液体的 表面张力介于有机溶剂( 证己烷，1 8 4 m j m 2 ；苯，1 8 8m j m 2 ) 和水( 7 2 7m j m 2 ) 之间。目前，离子液体的表面张力研究很少，只有极少数离子液体的表面张力有文 献报道【2 0 】。 随着人们对离子液体的深入研究，离子液体的在化学反应、分离工程及电化学 等方面的应用研究越来越受到人们的重视，但迄今为止，即使是研究较多的离子液 4 第1 章绪论 见较完整的的物性数据的报道。在已有文献中对离子液体熔点、导电性、 稳定性、溶解性等物性的研究已有不少，但对其界面性质( 如界面张力) 然不多。在以离子液体为萃取剂的分离过程、以离子液体为介质的化学反 ，传质和反应最重要的影响因素就是其界面性质；离子液体作为电解质对 程中电荷转移具有至关重要的影响。因此了解离子液体的界面性能( 包括 ) 认识界面结构、界面分子的相互作用，对深入研究离子液体、揭示其在 相互作用的内在本质有很大的帮助，对各种与离子液体有关的工业过程的 计和模拟以及工业生产都具有非常重要的现实意义【2 2 1 。 面界面张力 1 2 1表面界面张力的定义 两相的接触面称为( 相) 界面，一股来说，环境不同造成处于界面的分子与处 于相本体内的分子受力不同，界面上的分子受到一个垂直与界面、指向体相内部的 合力，单位长度上使界面收缩的力，称为界面张力，用符号。或丫，单位是n m ，习惯 上将气液、气固界面张力称为该液体和固体的表面张力1 2 引。 1 2 2 表面张力的影响因素 1 2 2 1分子间作用力对表面张力的影响 众所周知，物质不同其表面张力不同，其大小受分子间作用力的影响，一股情 况下，表面张力与分子间作用力成f 比即分子阳j 作用力小，物质的表面张力也小【2 4 】。 一般而言，分子间作用力主要包括色散力、氢键、金属键等，分子f b j 相互作用力主 要是色散力德非极性有机物的表面张力值较小，如在室温2 0 条件下正己烷的表面 张力值为1 8 4 3m n m 。分子间相互作用力为氢键相互作用的液体，表面张力相应较 大，如在室温2 0 条件下水的表面张力值为7 2 8 m n m 。对于分子间作用力为金属键 作用的液体，表面张力值更大。一般都在几百毫牛每米以上，如汞在室温2 0 条件 下的表面张力为4 8 6 5 m n m 。现在已知所有液体表面张力中最低的是h e ，在1k 下仅 为0 3 6 5 m n m ，最高的是f e ，在其熔点温度1 5 5 0 时，表面张力值为1 8 8 0 m n m 。 1 2 2 2 温度对表面张力的影响 大部分液体的表面张力与温度是反比关系，出表面张力的定义我们可以知道， 表面张力的存在因素有两个：一是分子问的相互作用力；二是两相接触面的密度不 同。这两个因素都与温度有关，温度升高，分子间引力减弱，两相密度差变小，表 面位能随之降低，故表面张力也就相应减小了。这就从理论上解释了表面张力随温 度的升高而降低的原因【2 5 】。谭兴文【2 6 】使用硅压阻式力敏传感器采用脱环法对液体表 面张力进行测量，输出量用数字电压表表示，结果证明液体表面张力与温度成反比 关系，且纯净水的表面张力系数与温度呈近似的线性关系。 5 ；j 亓i 此科技人学硕十学伊论文 1 2 2 3 压力对表面张力的影响 气相的压力对液体的表面张力要比温度影响复杂的多。一般情况下，压力对液 体的表面张力几乎没有影响。但是，液体的表面张力是气液界面的一种特性，因此 准确来说压力对表面张力还是有一定影响的。首先，对于气相来说，压力增加分子 的密度也随之增加，这就导致与气体接触的液面上有更多的气体分子，进而使液体 表面分子受到的两相分子的吸引力一定程度的减小，反应到宏观上就是液体的表面 张力下降。但是气相压力对液体表面张力影响并不是很大，通常气相压力增加1 0 个 大气压液体的表面张力大约下降l m n m 。另外，气相压力的增加可能导致气相分子 被液面吸收溶解于液体中，这样液相成分就会有所改变，最终使液体表面张力发生 变化，这些因素均会导致液体表面张力降低【27 1 。综上，液体表面张力一般与气相压 力呈现反比关。如2 0 时，压力由0 0 9 8 m p a 变为9 8 m p a ，水的表面张力由7 2 8m n m 减j , 至l j 6 6 4m n m 。 1 2 3 表面张力的测量方法 表( 界) 面张力是流体基础的物性数据，是分子间相互作用的强弱的宏观反映， 其变化规律也是分子结构与表面张力关系的重要研究内容。因此，广泛而准确的表 面张力测量方法一直受到人们的重视。为了能够方便的获得物质的表面张力，人们 在实验手段的基础上提出了一些经验半经验估算表面张力的公式，但这些估算公式 需要输入的物性参数，要获得这些物性参数无论通过实验测定，还是用其它方法先 计算，都有很多不便而且误差通常都很大。因此，现在越来越需要考虑如何获取精 确可靠的表面张力数据。静力学法和动力学法是测定液体表面张力的两种方法。静 力学法包括毛细高度法、脱坏法、悬滴法、滴体积( 重) 法、吊片法、气泡最大压 力法( 泡压法) 、停滴( 泡) 法、梅特勒一托利多a b 2 6 5 s 分析天平法；动力学法 有震荡射流法、毛细管波法。对众多的测量分析进行总结分析可知，毛细高度法和 泡压法不能用来测液液界面张力。测定动态表面张力可以用吊片法，泡压法，震荡 射流法，毛细管波法【2 8 】。由于动力学法测定离子液体本身较复杂、精度较低，加上 先前相对落后的采集与处理数据方法，导致动力学测定方法几乎没有成功应用的实 例。因此，到目前为止，静力学测定方法仍然是人们最常用的测量方法。 1 2 4 国内外研究现状及研究意义 到目前为止，已经合成的离子液体大约有5 0 0 多种，对于他们的界面张力只有极 少数有文献报道。w a t s o n d 、组【2 9 1 用脱坏法和直接反冲谱法( d r s ) 对8 种咪唑类离子 液体的表面性能、表面结构和表面离子的排布和取向进行了探讨【3 0 】，发现1 烷基3 甲基咪唑类离子液体的表面张力变化很大，其影响因素是阴阳离子的结构。文献 3 l 】 分别测定室温条件下，阴、阳离子分别为 i 、 b f 4 、 p f 6 、 c 1 、t m f 2 和二烷基咪 6 第1 章绪论 哗的离子液体的表面张力，其结果与文献 2 9 有一定的偏差；p e r e i r o l 3 2j 等测定了 f c l m i m m e s 0 4 1 离子液体在1 5 - 4 0 的表面张力，发现随着温度升高，表面张力下 降。h a l k a 3 3 】对c 4 m i m p f 6 在2 7 1 2 7 温度范围内的表面张力进行了测量，并对测量 结果进行线性拟合，得到了c 4 m i m p f 6 的表面熵值，将其结果与正烷烃相比得出， 离子液体的表面离子的无序度( 也称混乱度) 比正烷烃要低：杨家振等【3 4 j 利用泡压 法对2 7 8 3 2 3k 范围内1 乙基一3 甲基咪畔硫酸乙酯的表面张力进行了测量，发现其表 面张力仅为4 8m n r n ：随后杨家振【3 5 】等用空隙理论模型对离子液体c 4 m i m f e c l 4 的 表面张力进行了解释；s h u g u a n g s u n 3 6 j 等在3 1 8 3 4 3 温度下对b m i m z n 3 c 1 7 的表面张 力进行了测量研究，发现其表面张力随温度升高而下降，并运用e 6 t v 6 s e 方程对测量 结果进行了拟合，求的k 和t c 值分别为1 5 8 x 1 0 - 7j k 和2 6 7 4 k ，以上实验结果表明， 离子液体的表面结构直接影响其表面性质，表面张力值与离子液体的阴阳离子的种 类和大小密切相关。 除了在实验上积累物性数据外，人们还通过分子模拟的方法对离子液体物性进 行了模拟和计算。言天英等【3 7 】对体系( e m i m + n 0 3 。) 的气液界面采用极化和非极化模 型进行分子动力学模拟，发现与非极化模型相比极化模型更能描述界面结构中咪哗 环与界面平行以及乙基侧链向真空相靠拢的空间排列特征，同时发现由极化模型计 算得到的界面张力值与实验值误差更小。l y n d e n b e l l 等【3 8 1 对 c 4 m i m p f 6 】， f c 4 m i m b f 4 】和 c 4 m i m c 1 在不同温度下的界面结构特征进行了研究，结果发现甲基 侧链向液相内部靠拢而丁基侧链则更趋向真空相结构特征。l y n d e n b e l l 等t 3 9 】还发现 f d m i m c 1 1 中阴、阳离子在界面上分离的不明显，而 d m i m c 1 和水的混合后，体系 中的水有向界面的气相一侧排列的趋势。b h a r g a v a 等t 4 0 】对 c 4 m i m p f 6 进行了液一气 界面的研究，发现丁基侧链向气相一侧靠拢的趋势较大，从而显示较强的疏水特征， 而咪唑坏与界面平行。吴晓萍等【4 1 1 对离子液体对0 2 、c 0 2 等气体的溶解度采用分子 模拟插入法进行了研究，得到的结果与实验。高金森等【4 2 】采用密度泛函方法对氯化 烷基咪唑类离子液体的分子结构和红外光谱信息进行了研究；而蒲敏等【4 3 j 采用相同 的方法对c 2 m i m + 催化丁烯双键异构反应机理进行了描述；李浩然等】采用量子化学 方法对咪唑类离子液体阳离子和不同阴离子以及水分子之间的氢键作用进行了研 究。 综上所述，对离子液体界面性质的研究还有很多不足：大部分都是针对单咪唑 环离子液体；大部分研究是针对气液界面，而离子液体液液界面张力( 与其它常用 的传统的不溶于离子液体有机溶剂) 及混合物表面张力( 离子液体与溶于离子液体 的其它溶剂) 的研究很少；对离子液体与常用溶剂水的界面及混合性质( 混合物界 面张力等) 的研究至今还未见报道；理论模型和方法还不成熟，比如，分子模拟对 咪唑型离子液体阳离子在界面层的排列，阴、阳离子在界面层是否发生分离等现象 7 河北科技人学硕十学伊论文 经常和实验产生不一致的结果：对离子液体宏观界面性质与微观结构包括分子空间 立体结构之间明确的关系和规律的研究还未丌展，因而离子液体表面界面张力研究 前景广阔。而离子液体与水、液体有机物及固体物质接触形成的两相界面为催化、 有机反应、分离分析、电化学等各种相互作用提供良好的场所，因此了解离子液体 的表面性质对于进一步深入研究和揭示离子液体在各个领域相互作用的内在本质、 将离子液体这一高新科技产物实现工业化是十分必要和重要的。作为一种最常见的 离子液体，咪哗类离子液体具有制备简单、化学稳定性好、结构调控方便、溶解性 能强、液态稳定温度范围宽等优点，因此，其表( 界) 面性质的研究意义重大。 1 3 本论文研究内容 在课题组成功运用计算机对 1 a c t a t e 的u a 力场进行了丌发，并通过对纯离子液 体 c 2 m i m 1 a c t a t e $ d 其与水以不同摩尔比的混合物的m d 模拟对该力场进行了验证 的基础上，本论文对离子液体的表面张力性能进行了研究，主要内容如下： ( 1 ) 本论文采用d c a t 系列表面界面张力仪使用吊片法测量了纯离子液体 c z m i m b f 4 、 c 3 m i m b f 4 、 c 4 m i m b f 4 、 c s m i m b f 4 、 c 6 m i m b f 4 、 c 7 m i m b f 4 、 c 4 m l