生物质预处理用离子液体的制备及物性研究

发布时间：2020-07-19 12:56

【摘要】：离子液体由于其热稳定性、可设计性、低蒸汽压等优良的物化性质,正广泛应用于化学及化工的各个领域。其中最重要的应用之一就是生物质的预处理。有研究报道离子液体形成氢键的能力直接决定了其在生物质预处理中的效果,因此,寻找能与生物质形成强氢键相互作用的离子液体就成了热门的研究方向。羟乙基类离子液体由于存在单个或多个羟基,为氢键的形成提供了良好的结构基础。其合成步骤简单,无副产物生成,且成本较低,适用于大规模应用,为离子液体预处理生物质提供了可能。本文中,通过质子转移反应合成了 15种羟乙基胺磺酸盐离子液体,并用核磁共振技术和红外光谱等手段对其结构和纯度进行了确证。同时,研究了它们的物化性质的变化规律,包括:熔点(Tm)、初始分解温度(Td)、密度(ρ)、粘度(η)和电导率(σ)等。结果表明,离子液体的物性与其结构,特别是阴阳离子的相互作用密切相关。此外,测定了系列离子液体在水溶液中的解离常数(pKa)。结果表明,所有离子液体的pKa均大于7,并且阳离子是决定其解离常数的关键。这些数据对于理解该类型离子液体的物性变化规律和其潜在应用具有重要的指导意义。同时,前期的研究结果表明,N-甲基二乙醇胺甲烷磺酸盐([MDEA][mesy])具有良好的木质素溶解能力,在生物质预处理中显示巨大的应用潜力。为了深入地了解其结构-性能关系,促进其在工业上的进一步应用,很有必要获得更多的物理化学性质数据。在本研究中,在298.15至323.15 K的温度下,研究了[MDEA][mesy]+溶剂(水、甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇)混合物在全摩尔组成的密度(ρ)和粘度(7)。用经验多项式方程和Vogel--Fucher-Tammen方程分别拟合了这五种二元混合物的密度和粘度数据。同时,用Redlich-Kister方程计算并关联了五种二元混合物的过量摩尔体积(VE)和粘度偏差(Δη)。此外,计算了[MDEA][mesy]和溶剂的表观摩尔体积(Vφ)、无限稀释溶液中的表观摩尔体积(Vφ∞)以及偏摩尔体积(V),并从二元混合物的结构和相互作用的角度讨论了这些变化规律。1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)及其二元或三元体系表现出了良好的生物质溶解效果。并且作为中间化合物,在其它更为复杂的咪唑类离子液体的合成中占有重要地位。然而离子液体标准品的缺失,给实验和定量分析带来了不小的障碍。因此,本文基于前人的研究工作,以[Bmim]Cl为研究对象,通过控制反应条件和提纯方法,最终得到了[Bmim]Cl晶体。通过X射线单晶衍射得到了其三维空间点阵及晶胞参数。通过核磁共振、傅里叶变换红外光谱和高分辨质谱等手段对其结构进行了确证,并分析了反应原料等杂质存在的可能性。利用高效液相色谱和离子滴定对其纯度进行了初步的分析,并与国内外产[Bmim]Cl进行对比,证明其HPLC峰面积比纯度大于99.5%。该项工作为后续[Bmim](Cl标准品的制备奠定了坚实的基础。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ413

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本文编号：2762451