离子液体在水中下临界溶解温度型相行为研究

发布时间：2020-10-21 18:05

　　 温敏型离子液体的相行为可简便的通过调节温度来实现,因此其在催化反应和萃取分离中有着重要的应用。温敏性离子液体的相行为大致可分为两种类型:具有上临界溶解温度(UCST)的离子液体体系和具有下临界溶解温度(LCST)的离子液体体系。目前已经报道的在水中具有LCST的离子液体种类非常有限,并且离子液体在水中的作用机理的研究也并不清楚,这使得进一步的设计LCST型离子液体存在很大的困难。作为国家自然科学基金项目(No.21403060和No.21773058)的一部分,本论文的工作主要是研究季鏻类离子液体在水中的LCST相行为机制,在此基础上进行分子设计,得到一系列可与水呈现LCST相行为的混合离子液体,具体从以下几个方面开展了工作:1、首先采用分子动力学模拟的方法研究了季鏻类离子液体在水中的LCST相行为,通过分析离子液体-水二元体系的相互作用能、径向分布函数、空间分布函数和氢键数目变化,发现阴离子与水之间的氢键作用是离子液体-水二元体系产生LCST相行为的主要驱动力。然后对一系列不同水含量的离子液体-水二元体系进行分子动力学模拟,通过分析单位体积内阴离子与水的相互作用能随温度的变化值,表明相互作用能的变化值随温度的变化趋势与实验相变温度随体系的组成变化趋势相符合。2、采用量化计算的方法,计算了一系列不同阴阳离子组合的离子液体的体积和相互作用能。然后根据已知的LCST型离子液体的计算数据,获得结合能密度的取值范围。通过进一步分子设计,预测出一系列能够在水中产生LCST相行为的混合离子液体组合。3、对上述预测的混合离子液体-水三元体系进行实验验证。采用离子交换法合成预测的离子液体,然后通过对混合离子液体-水三元体系相分离温度-水含量组成的测定,得到离子液体在水中的相图,进一步验证了上述预测的混合离子液体组合能否产生LCST相行为。4、采用分子动力学方法对具有LCST的[P_(4,4,4,14)]Cl/[P_(4444)][NO_3]/H_2O三元混合体系在313K和353K温度下进行模拟,通过分析三元混合体系的轨迹文件、升温前后各分子/离子间的相互作用能以及径向分布函数,结果表明随温度的升高,混合体系中[P_(4,4,4,14)]~+与水之间的相互作用和NO_3~-与水之间的相互作用都减弱,而[P_(4,4,4,14)]~+与NO_3~-之间的聚集作用则增强,导致混合离子液体-水三元体系产生LCST相行为。
【学位单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O645.1
【部分图文】：

第一章 绪论性是强烈依赖于温度的。早在 1998 年就已经有文献报道[31]具有温度响应的离子液体。所谓温敏性离子液体就是溶解度随温度的升高或降低而发生显著变化的离子液体。随着温度升高或降低，离子液体的溶解度缓慢增加，然后在窄的温度范围内非常迅速地增加，将发生溶解度突变的温度称为临界溶解温度（CST）。在上临界溶解温度（upper criticalsolution temperature，UCST）体系中，离子液体在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增加，在某一点以上形成均一体系，即在 UCST 以上各组分均可混溶。对于下临界溶解温度（lower critical solution temperature，LCST）体系（加热时液-液分层）则发生相反的情况，即在 LCST 下形成均相。UCST 和 LCST 的典型相位特性如图 1-1[32]中所示。

乳液的特征性质，这种特殊的体系可以被认为是无表面活性剂的微乳液聚集体，为新型萃取或分离介质提供了更广的平台。当然，通过在高温下向[P4444][CF3COO]中加入适量的表面活性剂（Triton X-100）也可以形成微乳液[54]。Ohno 等[12]还报道了由四戊基磷阳离子和长链烷基羧酸盐阴离子组成的离子液体，这些离子液体具有疏水性和很强的极性，溶于水后显示 LCST 型相变行为，可将其用于纤维素溶解。这是关于纤维素溶解在疏水性离子液体中的的第一次报道，并且还说明了不仅极性而且离子液体密度是设计用于纤维素溶解的离子液体的重要因素。[P4448]Br [P4444][CF3COO] [P4444][TMBS]

图 1-3 35 Wt% [P4444]CF3COO 水溶液的相转变敏性离子液体的分子动力学模拟越多的新型功能化离子液体[55-58]被开发合成，从而着研究的深入，人们发现由于缺乏对离子液体微观观性质研究方面以及进一步开发合成新型离子液体揭示离子液体微观本质和建立其微观结构－宏观泛地用于研究离子液体体系。分子模拟主要包括分子模拟和蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）模拟。MD 模求解牛顿运动方程获得各个分子在各个时刻的动量行平均而获得分子的微观信息，进而获取体系宏观用计算机模拟分子的运动、碰撞所引起的动量和能热这一宏观物理过程系统的模拟方法。本文主要是
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本文编号：2850437