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兩種烷基咪唑亞磷酸酯離子液體熱穩(wěn)定性、表面張力測(cè)定（一）
來源：化工進(jìn)展 瀏覽 966 次 發(fā)布時(shí)間:2025-01-16
摘要：合成了1-乙基-3-甲基咪唑亞磷酸甲酯鹽([Emim][OMP])和1-乙基-3-甲基咪唑亞磷酸乙酯鹽([Emim][OEP])兩種烷基咪唑亞磷酸酯離子液體，并使用核磁共振波譜儀和元素分析儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征，在常壓下測(cè)定了其熱穩(wěn)定性、相行為、密度和黏度(293.15~353.15K)、電導(dǎo)率和表面張力(293.15~343.15K)。采用自然對(duì)數(shù)方程關(guān)聯(lián)離子液體的密度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)值計(jì)算得到離子液體體積性質(zhì)，包括熱膨脹系數(shù)、分子體積、標(biāo)準(zhǔn)熵和晶格能。采用VFT方程關(guān)聯(lián)離子液體黏度和電導(dǎo)率。采用線性方程關(guān)聯(lián)表面張力，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)值計(jì)算得到離子液體的表面熵和表面焓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種離子液體的分解溫度(Tonset)分別為271.0℃和259.2℃，玻璃化溫度(Tg)分別為-84.87℃和-85.00℃，離子液體的密度、黏度和表面張力隨溫度的升高而減小，而電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。Walden規(guī)則分析表明，兩種烷基咪唑亞磷酸酯離子液體均符合Walden規(guī)則，且均被歸類為“good ionic liquids”。
離子液體（ionic liquids）是一種熔融溫度在近室溫范圍內(nèi)（一般小于100℃）的有機(jī)鹽，通常由大體積有機(jī)陽(yáng)離子（如咪唑、吡咯、吡啶和季銨）和有機(jī)或無(wú)機(jī)陰離子（如[BF4]-、[PF6]-、[N(SO2CF3)2]-和[N(SO2F)2]-等）組成。符合條件的陰陽(yáng)離子可以組合成多種離子液體，這些離子液體具有許多特性，如極低的蒸氣壓、高電導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性、寬電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口和寬液態(tài)溫度范圍等。相關(guān)研究表明，離子液體中陰離子結(jié)構(gòu)對(duì)離子液體的性質(zhì)具有決定性作用，而改變陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)可以對(duì)離子液體相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行一定程度上的調(diào)控。因此，了解離子液體陰離子結(jié)構(gòu)與其熱物性之間的構(gòu)效關(guān)系是設(shè)計(jì)開發(fā)出新型離子液體的關(guān)鍵。目前，大部分關(guān)于離子液體熱物性的研究主要集中在含氟陰離子（[BF4]-、[PF6]-和[N(SO2CF3)2]-）、磺酸/硫酸酯類陰離子（[CH3SO3]-、[CF3SO3]-和[EtSO4]-）、羧酸類陰離子（[CH3COO]-、[CF3COO]-）和鹵素類陰離子（Cl-、Br-、[AlCl4]-）等，但是對(duì)于新型磷酸酯類和亞磷酸酯類離子液體的熱物性研究較少，限制了該類離子液體的應(yīng)用進(jìn)程。亞磷酸酯陰離子類（[RO(H)PO2]-）離子液體相
比于大部分含氟離子液體具有毒性低、合成過程簡(jiǎn)單、原料價(jià)廉、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此在金屬材料潤(rùn)滑、纖維素溶解、萃取精餾等方面得到較廣泛的應(yīng)用研究。而對(duì)亞磷酸酯離子液體開展設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究的前提是了解其熱物性質(zhì)。通過測(cè)試分解溫度、固液相變溫度、密度、黏度、電導(dǎo)率和表面張力等數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理是準(zhǔn)確描述離子液體熱物性質(zhì)的主要手段。然而，目前關(guān)于亞磷酸酯類離子液體熱物性數(shù)據(jù)的報(bào)道較少，僅有少量關(guān)于1-乙基-3-甲基咪唑亞磷酸甲酯鹽（[Emim][OMP]）的熱物性報(bào)道。Hiraga等報(bào)道了[Emim][OMP]在293.15~373.15K范圍內(nèi)的密度，并以此計(jì)算得到了離子液體的熱膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)；Hasse等報(bào)道了[Emim][OMP]在273.15~333.15K范圍內(nèi)的黏度；Almeida等報(bào)道了298.2~343.1K范圍內(nèi)的表面張力，并通過線性方程擬合計(jì)算得到了表面熵、表面焓和臨界溫度。
本文選擇[Emim][OMP]和1-乙基-3-甲基咪唑亞磷酸乙酯鹽（[Emim][OEP]）為研究對(duì)象，合成了這兩種離子液體，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。測(cè)定了兩種離子液體的熱穩(wěn)定性、相行為、293.15~353.15K范圍內(nèi)的密度和黏度，以及293.15~343.15K范圍內(nèi)的電導(dǎo)率和表面張力，將實(shí)驗(yàn)值與數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)值和模型方程計(jì)算了離子液體的體積性質(zhì)和表面性質(zhì)，包括離子液體的熱膨脹系數(shù)、分子體積、標(biāo)準(zhǔn)熵、晶格能、表面熵和表面焓，并討論了兩種離子液體的離子性。