离子液体文章

1、醋酸二乙胺离子液体溶液体系的电导率的测定和关联 摘要采用一步酸碱中和法合成了醋酸二乙胺离子液体(ILS)。298.15K时，测定 离子液体和DMSO、丙酮以及水组成的二元溶液在全浓度范围的电导率和粘度， 并采用CasteelAmis经验公式关联了电导率随浓度变化的关系，结果表明：在 溶液粘度比较小时，电导率随离子液体浓度的增加而增大;在溶液粘度比较大时， 电导率随离子液体浓度的增加而减小；同浓度下，介电常数比较大的溶剂对离子 液体电导率的影响比较大。关键词：醋酸二乙胺；离子液体；电导率；粘度The determination and correlation of electrical cond

2、uctivity of Diethylamineammonium acetat ionic liquidDiethylamineammonium acetat ionic liquid was synthesized with Diethylamine and acetic acid glacical. The viscosity ()and electric conductivity(x)ofDiethylamineammonium acetat in DMSO、acetone and water over the entire composition range were determin

3、ed respectively at 298.15 K. In addition, the electric conductivities k have been correlated according to the empirical CasteelAmis equation.The results showed that the conductivity of ILs initially increased and then decreased because of the effect of viscosity as the concentration of ILs increased

4、. Moreover, solvents with higher dielectric constant could easily enhance the electric conductivity properties of ILs.Key wordsDiethylamineammonium acetat; ionic liquid; conductivity; viscosity引言：离子液体(ionic liquid)是在室温附近(M100C )成液态的由特定阳离子 和阴离子构成的盐，又称室温熔融盐。近年来，在化学与化工领域，离子液体已 经发展成为一种新型的“绿色”溶剂，其独特的物理化学

5、性质：极低的蒸气压， 良好的导电性，可设计性等引起了研究者的广泛关注1。研究表明离子液体不 仅可以用于溶剂和催化剂，在纳米材料、分离分析化学、环境科学、分子自组装 和电化学等方面也具有重要的应用2-7。但是，相对于数量庞大的离子液体种 类，对于离子液体物理化学性质的研究是远远不够的。目前，有关离子液体的研 究主要集中在咪唑型8-10、毗啶型11等离子液体，但由于其制备过程复杂， 原料成本高，使其在应用方面受到了限制。胺型离子液体是近年来发展起来的一 种新型离子液体，因其与其他离子液体相比具有原料廉价易得，制备方法简单以 及物理化学性质同样优异等优点，使其在催化和有机合成等方面显示出良好的应 用

6、前景12-18。离子液体溶液体系的电导率是一种重要的物理化学性质，反应了溶液的“离 子”程度，电导率的大小和离子液体的自电离度、在溶剂中的电离度以及离子的 溶剂化能力19-20密切相关，电导率的研究有利于离子液体在电化学21和萃 取精馏22 领域的应用.因此，研究离子液体溶液体系的电导率具有重要的理论 意义和应用价值.粘度是离子液体的一个重要的特性参数，离子液体的粘度主要受氢键和范德 华力的影响23。一般文献中报道的离子液体的黏度数据大多为绝对黏度。常温 下大多数离子液体的粘度都比常规有机溶剂的黏度大得多，一般在10-1000mPaS 之间。因离子液体黏度比较大使传递速率变慢，离子电导率变小，

7、这是离子液体 的缺点之一。所以在大多数的应用中，离子液体是与其他低黏度化合物混合使用 的。这些化合物的存在可以很好地降低混合物的黏度，一定程度上降低了离子液 体的黏度24-25。本文首先通过酸碱中和法制备了醋酸二乙胺离子液体，并采用核磁共振氢谱 对其结构进行了表征；测定了 298.15 K时醋酸二乙胺离子液体在DMSO、丙酮和 水中的电导率和粘度，并采用C asteel-Amis经验方程关联了上述体系电导率随 浓度的变化关系，分析了醋酸二乙胺离子液体溶液体系电导率的变化规律，考察 了溶剂性质对该离子液体电导率的影响。1材料冰醋酸（天津市富宇精细化工有限公司），二乙胺（天津市大茂化学试剂厂），

8、DMSO （天津市大茂化学试剂厂），丙酮（天津市富宇精细化工有限公司）等均 为分析纯试剂。核磁共振仪，NDJ-5S数显粘度计（上海舜宇恒平科学仪器有限公司），DDS-307型电导率仪（上海仪电科学技术有限公司），电导电极为DJS-1C型铂黑 电极，DJS-10C型铂黑电极，RE-2000A旋转蒸发器（巩义市予华仪器责任有限公 司）DZF-6020型真空干燥箱（巩义市予华仪器责任有限公司），DF-2集热式磁 力搅拌器（金坛市成辉仪器厂），分析天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）。2实验方法2.1醋酸二乙胺离子液体的合成醋酸二乙胺离子液体的合成采用酸碱一步中和法，具体过程如下：将1mol 冰醋酸缓

9、慢滴加到装有1.1mol二乙胺的三口烧瓶中，恒温50并机械搅拌，滴加 完毕后继续反应5小时，得到红棕色粘稠液体；反应完毕后，60C条件下旋转蒸 发除去未反应的二乙胺和少量的水；60C真空干燥8h以上除去离子液体中的少量 水分。2.2醋酸二乙胺离子液体的表征采用核磁共振氢谱对醋酸二乙胺离子液体的结构进行表征，表征结果如下：2.3 IL/DMSO、IL/丙酮和IL/水溶液的电导率与粘度的测定采用重量法分别配置醋酸二乙胺离子液体和DMSO、丙酮和水在全浓度范围 内的二元溶液，分析天平的精度为0.0001g。298.15K时，采用D DS-307型电导率仪和NDJ-5S数显粘度计，由稀溶液到浓 溶液分

10、别测定三个体系的电导率和粘度，测量前，每个样品先经恒温水浴恒温 30min，温度控制在250.1 C之间。3结果与讨论3.1体系的粘度298.15K时，分别测定IL/DMSO、IL/丙酮和IL/水二元溶液的粘度见表1，根 据实验测定的结果绘制出溶液的粘度随溶液浓度的变化关系图，见图1.从图1可见，三条曲线的变化规律相似，三个体系的溶液的粘度都是随着离 子液体摩尔分数的增加而增大，也就是说溶剂的加入使得体系的粘度减小。当 x（IL）0.5时，曲线斜率比较大，说明体系的粘度变化比较快，x（IL）0.5时，曲 线斜率比较小，体系的粘度变化比较小，所以，DMSO、丙酮和水三种溶剂都可 以有效的降低溶液

11、的粘度。纯的离子液体粘度较大主要是因为离子间存在强的静电吸引。溶剂的加入使 溶剂与阴阳离子形成氢键，从而削弱阴阳离子之间的相互作用，导致溶液粘度减小。表1 298.15k, ILS/DMSO、ILS/丙酮和ILS/水体系的粘度ILS/DMSOxq/mPa，sILS/丙酮xn/mPa,sILS/水xn/mPa-s0.00005.200.00001.500.00002.300.09915.300.10002.100.10005.900.19976.800.19972.800.199715.600.29748.400.29974.000.299722.700.399311.600.39786.300

12、.399730.800.499314.700.50048.900.499439.800.599020.400.600113.900.599149.000.698527.600.698022.800.698856.100.799338.600.798828.500.798366.500.899155.200.899950.800.896569.001.000086.201.000086.201.000086.20图1 298.15k, ILS/DMSO、ILS/丙酮和ILS/水体系的粘度随浓度的变化关系3.2体系的电导率298.15K，实验测定的全浓度范围内的ILS /DMSO、ILS/丙酮和I

13、LS/水体系的 电导率数据见表2,根据实验测定的结果绘制出溶液的电导率随溶液浓度的变化 关系图，见图2,图中的点代表实验值，线代表根据经验公式拟合的计算值。由图2可见，ILS/DMSO、ILS/丙酮和ILS/水三个体系的电导率随离子液体浓 度的变化规律相似：随离子液体浓度的增加，溶液的电导率均先增加后减小。这 是因为在离子液体浓度较小的区域，由图1我们可以看出溶液的黏度比较小，并 且溶剂与阴、阳离子之间存在弱相互作用，促进了离子液体的解离；而在离子液 体浓度比较高的区域，图1显示溶液的粘度比较大，并且随着离子液体的不断增 加和溶剂的减少，阴阳离子之间的相互吸引作用也随之增加，使得离子液体的解

14、离能力逐渐减弱，并趋向于紧密离子液体对的形式存在，降低了体系的导电能力。表2 298.15k，IL/DMSO、ILS/丙酮和ILS/水体系的电导率ILS/DMSOILS/内酮ILS/水xK/ms-cm-1xK/ms-cm-1xK/ms-cm-10.01000.540.01000.140.009914.020.02011.060.02000.300.020020.600.03001.460.03000.460.030023.400.04001.800.04010.650.039324.500.05002.120.04980.770.050024.800.06012.430.06001.010.0

15、59924.600.06992.670.06881.180.070223.900.08012.890.07901.370.080123.300.08663.050.09011.550.090222.400.10003.360.100011.750.100922.100.20004.430.20093.330.200915.200.30074.860.29914.410.30049.670.40065.320.40044.830.39866.770.50044.680.49584.960.50105.270.60144.350.60174.540.59744.220.70023.970.7009

16、4.210.70123.640.79993.780.79823.850.79463.190.90173.330.90033.330.89752.931.00002.611.00002.611.00002.61为了进一步研究醋酸二乙胺离子液体溶液体系的电导率随离子液体浓度的变化 关系，本文采用CastellAmis经验方程17-18关联了实验测定的离子液体和 DMSO、丙酮和水体系的电导率与浓度关系.CastellAmis经验方程关联具体表 达如下：K=K ( X1 )a expb(x -x )2 - a (x -x ) max x1 max x 1 max (1)公式中，X为离子液体的摩尔分数

17、；Kmax为溶液的电导率的最大值，xmax为相对应 的摩尔分数，a和b为方程的可调参数.上式中，Kmax,xmax，a和b这4个参数可以采 用最小二乘法拟合实验测定的全浓度范围内的电导率随体系浓度的变化关系获 得。结果表明：CastellAmis方程可以较好地描述离子液体在DMSO、丙酮和水 体系电导率随体系浓度的变化关系，这表明我们可以利用CastellAmis方程预测 上述离子液体在DMSO、丙酮和水体系中其他浓度时的电导率。相应可调参数和 标准偏差(8)列于表3.相对偏差计算公式如下： T 于 kxp % I, Kexp l J1-k=1xp和指的是溶液电导率的实验值和计算值。N是实验值

18、的个数。通过比较图2中三条曲线可知，在相同浓度下，三个体系的电导率大小顺序是： ILS/水IL/DMSOILS/丙酮，这与水、DMSO和丙酮的介电常数大小顺序相同所 以同浓度下，介电常数比较大的溶剂对离子液体电导率的影响比较大。mm un表3 Casteel-Amis方程关联离子液体溶液体系电导率的结果体系k /ms-cm-1 maxxmaxab绝对偏差相对偏差ILS/DMSO5.05590.35540.79580.06180.11605.39%ILS/丙酮4.91330.46661.2951-0.3660.05485.91%ILS/水24.39550.05860.48414.97310.63

19、458.77%4结论醋酸二乙胺离子液体在水、DMSO和丙酮中溶液的粘度均随离子液体浓度 的增加而增大。298.15 K时，醋酸二乙胺离子液体在水、DMSO和丙酮溶液中体系的电导 率均随离子液体浓度的增加先增加后减小；且相同浓度条件下，介电常数大的溶 剂对离子液体电导率的影响比较大.Castell-Ami s方程能很好地关联上述体系电导率随离子液体浓度的变化规 律.参考文献1 Plechkova, N.V., Seddon, K.R., Applications of ionic liquids in the chemical industry, Chem. Soc. Rev.,37, 123-

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