含离子液体—醇—水体系密度粘度及表面张力的测定及关联

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本文对七种咪唑磷酸酯类离子液体与溶剂水、甲醇及乙醇的混合二元体系的物性(密度、粘度和表面张力)进行研究。利用密度仪和粘度仪分别测定了常压293.15K333.15K范围内二元体系的密度和粘度值;利用表面张力仪测定了常压298.15K和313.15K两个温度下二元体系的表面张力值。研究了温度、离子液体浓度及其它因素对含离子液体-醇-水体系密度、粘度及表面张力的影响。另外,我们还测定了常压293.15K333.15K范围内,这七种离子液体的原料及其1:1物理混合物的密度和粘度值,讨论了静电作用对离子液体密度和粘度的影响。首先,采用一步合成法制备了七种咪唑磷酸酯类离子液体,并分别通过含水量测定、核磁共振分析以及元素分析法对离子液体的纯度进行了表征。结果显示,所合成的离子液体纯度均大于99.1%,可以用于含离子液体二元体系物性的测定。密度的测定结果表明,随着温度的升高和离子液体含量的减少,离子液体二元体系的密度缓慢线性下降,咪唑环上取代基碳原子个数的增加也会导致密度下降。由离子液体的密度数据,计算了一些热力学性质以及混合体系的过量摩尔体积。所有研究体系的过量摩尔体积均很小,该值在-1.9cm3·mol-1到-0.9cm3·mol-1范围之内,且都在离子液体摩尔分数为0.3处达到最大。不同的是,对于离子液体与醇的混合物,过量摩尔体积随着温度的升高而增大;而对于离子液体与水的混合物,呈相反的变化趋势。使用一个5参数的经验方程对所有二元体系的过量摩尔体积进行关联,关联结果较好;另外,用过量摩尔体积的计算值反算密度值与实验值进行比较,平均绝对相对偏差在0.03%以内。粘度的测定结果表明,随着温度的升高和离子液体含量的减少,离子液体二元体系的粘度呈指数形式下降,随着咪唑环上取代基碳原子个数的增加,混合物的粘度呈上升的趋势。使用一个8参数的经验方程对所有二元体系的粘度进行关联,关联结果较好。由实验测得的粘度数据,计算了混合体系的超额粘度。所有研究体系的超额粘度均为负值,都有一个最低点,且在同一温度下,离子液体与醇混合体系的超额粘度要大于该离子液体与水混合体系的超额粘度。七种离子液体的原料及其等摩尔物理混合物的密度及粘度的测定结果表明,在同一温度下,物理混合物的密度和粘度总是介于两种纯物质的密度和粘度之间,且离子液体的密度和粘度总是高于其相应的物理混合物,而且离子液体的粘度是其原料的几百倍,这主要是由于离子液体中的静电作用所致。表面张力的测定结果表明,随着温度的升高,离子液体二元体系的表面张力呈下降趋势,但与不同溶剂混合时,随着离子液体含量的变化,表面张力的变化趋势是不相同的;另外,混合物的表面张力也会随着咪唑环上取代基碳原子个数的增加而下降。本文的研究丰富了离子液体的物性数据库,有助于揭示离子液体结构-性质之间的定量关系和相互作用机制,为离子液体的分子设计及其应用奠定了良好的基础。
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