四乙基溴化铵-乙二醇低共熔溶剂与分子溶剂的准二元体系的物化性质研究

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近些年,低共熔溶剂发展速度迅猛,呈现全方位交叉领域应用态势。其本身具有无限的结构可能性,调节氢键供体和氢键受体或者其摩尔比,可以大幅度调整其自身的物化性质。此外,在低共熔溶剂中引入其他溶剂已成为扩大应用的一种方,也降低了经济成本。从准二元混合物的物理化学性质,如密度、黏度、表面张力、折光率和电导率等参数入手,探究不同分子间相互作用,具有重要意义,也为工业应用提供数据支持。1.本文首先合成了低共熔溶剂DES(1 TEAB:3 EG),分别用~1H NMR,红外,热重对其进行了表征,同时测定了含水量。然后利用低共熔溶剂DES(1TEAB:3 EG)与分子溶剂(乙腈,乙醇和水)配制288.15 K~318.15 K下全浓度范围(x1=0.0000~1.0000)的准二元体系。并分别对相应的准二元体系的密度、表面张力、折光率、黏度和电导率进行了测试。与相应的文献值进行比较后,实验值在误差的允许范围内,结果说明,本文的实验水平达到了科学研究要求。2.然后依据所测密度值对准二元体系进行了计算,探索了低共熔溶剂与分子溶剂之间的相互作用。从得到的准二元混合物的平均摩尔体积,热膨胀系数,超额热膨胀系数和超额摩尔体积可以发现,准二元体系的平均摩尔体积随着摩尔分数的增加而增加,随着温度的升高而变大。准二元体系的热膨胀系数随温度的升高而增大,与有机溶剂的复配随摩尔分数的增大而减小,与水的复配随摩尔分数的增大而增大。在全浓度范围内,利用RK方程拟合超额摩尔体积和DES摩尔分数,超额摩尔体积VE均为负值,在最低点时作用力最强。与氢键和分子结构相关。此外,对于有机溶剂,超额摩尔体积随着温度的升高而变小,温度越高作用力越大。对于水,超额摩尔体积随着温度的升高而变大,温度越高作用力越弱。同时依据密度值,我们计算了偏摩尔体积,超额偏摩尔体积,无限稀释偏摩尔体积以及无限稀释超额偏摩尔体积。其中,无限稀释超额偏尔体积的值对于分子溶剂和DES这两个组分来说都是负值,因此,这两种成分都倾向于被另一种成分溶解,但这种倾向对水分子来说更强。此外,随着温度的升高,水和DES在无限稀释时的超额偏摩尔体积的值都趋向于正的方向。这表明,混合物中的溶剂化倾向在温度升高时降低,因此,在较高温度下建立的氢键比在较低温度下建立的氢键弱。相反,在DES和乙腈或乙醇之间,这一趋势相反。与超额摩尔体积趋势一致。3.依据表面张力值计算了表面张力偏差,探索了低共熔溶剂与分子溶剂的相互作用。改进李以圭溶液表面模型后得到了准二元混合物的摩尔表面自由能gs新函数。与传统的E(?)tv(?)s方程相比,新E(?)tv(?)s方程的每一个参数都有明确的物理意义:斜率的负值是摩尔表面熵,截距是摩尔表面焓,在指定摩尔分数的混合物中摩尔表面焓几乎不随温度变化。从而将新的E(?)tv(?)s方程成功推广于准二元体系,还利用折光率值计算了折光率偏差,加强分子间相互作用的分析。4.根据Arrhenius方程,将准二元混合物黏度对温度做非线性拟合,DES准二元混合物的黏度值随温度的升高而逐渐减小。利用黏度值对黏度偏差进行了计算,有机溶剂和水作分子溶剂呈现不同变化趋势。DES+水在摩尔组成为0.4处存在拐点,表明水与低共熔溶剂混合的特殊性。提出准二元混合物的相对黏度ηr新概念。在相对黏度ηr概念的基础上,得到准二元混合物的超额粘滞流动的活化Gibbs自由能ΔG≠E的计算公式,此公式与黏度偏差的实验现象一致。将超额粘滞流动的活化Gibbs自由能ΔG≠E和摩尔分数x1的关系用RK方程拟合,拟合效果良好。利用电导率和黏度值,参照Walden规则,分析了准二元体系的离子性。接近参考线的的混合物是“良好的离子”液体,而远离理想线的液体下侧是“弱离子”液体。“非离子”液体位于下半部分,离理想线很远。对照数据发现富DES要比与溶剂复配的离子性好。
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