離子液體簡介PPT學(xué)習(xí)教案課件

1、會(huì)計(jì)學(xué)1離子液體簡介離子液體離子液體簡介離子液體的特性離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)離子液體的毒性離子液體的應(yīng)用離子液體的選擇離子液體的舉例說明離子液體展望參考文獻(xiàn)第1頁/共25頁離子液體簡介離子液體是由正負(fù)離子組成、在室溫下呈液態(tài)的有機(jī)鹽。離子液體因具有不易揮發(fā)、導(dǎo)電性強(qiáng)、黏度大、蒸氣壓小、性質(zhì)穩(wěn)定、可設(shè)計(jì)性、對(duì)許多物質(zhì)有良好的溶解性及無污染等優(yōu)點(diǎn)被稱之為“綠色溶劑”第2頁/共25頁離子液體的陽離子第3頁/共25頁離子液體的陰離子按照組成離子液體的陰離子不同可將離子液體分為兩類:鹵化鹽類和非鹵化鹽類1.鹵化鹽類離子液體研究得較早,將固體的鹵化鹽與AICI3混合即可得液態(tài)的離子液體。鹵化鹽類離子液體具

2、有離子液體的許多優(yōu)點(diǎn),但對(duì)水極其敏感,需要在完全真空或惰性的氣氛下進(jìn)行處理。2.非鹵化鹽類離子液體組成固定,而且大部分對(duì)水和空氣穩(wěn)定。該類陰離子主要包括:BF4-、PF6-、CF3COO-、C3F7COO-、CF3S03-、C4F9SO3-、(C4F9SO2)N-、(C2F5SO2)N-、SbF6-、AsF6-、CB11H12-、MeSO4-、C8H17SO4-等第4頁/共25頁1996年BonhoteP.和DiasA.采用固定陰離子，即改變咪唑分子上不同的取代基的方法，系統(tǒng)的合成了一系列離子液體，制得35個(gè)咪唑離子液體，詳細(xì)介紹了許多合成方法及各種性質(zhì)如熔點(diǎn)、與水的溶解性、粘度、電導(dǎo)率、密度

3、、折射率及隨t變化的測(cè)定。并得出以下三點(diǎn)結(jié)論；（1）非對(duì)稱的陽離子比對(duì)稱性的陽離子形成的離子液體有較低的熔點(diǎn)；（2）陰陽離子之間如果形成氫鍵，熔點(diǎn)升高，粘度增大；（3）陽離子帶長鏈取代基的離子液體與有機(jī)溶劑的互溶性增加。 文獻(xiàn)BonhoteP,DiasA,PapageorgiouN, etal.Hydrophobic, highly conductive ambient temperature molten salts J .InorgChem,1996,35:1168.第5頁/共25頁離子液體的特性1)沒有顯著的蒸氣壓 一方面它不會(huì)成為蒸氣擴(kuò)散到大氣中去,而造成環(huán)境污染,因此被人們認(rèn)為是一種

4、“綠色溶劑; 另一方面,它可以有很寬的液態(tài)范圍(有的可達(dá)約300C)。因此,采用液體離子作為反應(yīng)溶劑,人們可以在更大的溫度范圍內(nèi)研究和控制反應(yīng)。2)離子液體中的正負(fù)離子可以由有機(jī)離子和無機(jī)離子共同組成。具有很好的溶解性，同時(shí),由于它們大多為非質(zhì)子溶劑,可以大大減少溶劑化,溶解在其中的化合物可以有很高的反應(yīng)活性。第6頁/共25頁離子液體的特性3)由于完全由離子組成,因此離子液體通常都具有良好的導(dǎo)電性。4)組成離子液體的有機(jī)離子可以調(diào)整和修飾，在理論上可以組合出離子液體的種類數(shù)量巨大,根據(jù)不同的用途和場(chǎng)合,對(duì)溶劑的不同要求,可以有更大的選擇空間。5)離子液體一般不可燃,大多具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)

5、穩(wěn)定性;可以回收,重復(fù)使用,利于環(huán)保。6)粘度低,熱容大(相對(duì)桂油、石油醚等高沸點(diǎn)溶劑)。第7頁/共25頁離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)密度離子液體的密度主要由陰陽離子的類型而定,陰離子對(duì)密度的影響更加明顯。通常陰離子越大,離子液體的密度越大,而有機(jī)陽離子的體積越大,離子液體的密度越小,陽離子結(jié)構(gòu)的微小變化都可以使離子液體的密度得到精細(xì)的調(diào)整。除了一些吡咯鹽和胍鹽密度在0.90.97 g/cm3范圍內(nèi),所有咪唑離子液體的密度都大于1 g/cm3,其他大部分離子液體的密度都大致在1.11.6 g/cm3之間,這意味著通常在兩相應(yīng)用中它們比水更重。第8頁/共25頁離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)粘度離子液體的一個(gè)很

6、重要的性質(zhì)是黏度,與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比,離子液體的黏度通常要高出13個(gè)數(shù)量級(jí)。在大多數(shù)的應(yīng)用中,離子液體可以與其他低黏度化合物混合使用的。對(duì)溫度改變和污染物的存在高度敏感的，溫度的微小升高或者少量雜質(zhì)的存在,都會(huì)導(dǎo)致離子液體的黏度明顯降低。第9頁/共25頁離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)表面張力表面張力的本質(zhì)是由于界面上分子或質(zhì)點(diǎn)受力不均勻而產(chǎn)生的。從總體上說,離子液體在空氣中的表面張力數(shù)值比傳統(tǒng)溶劑(如正己烷,1.8 Pacm)高,但低于水的表面張力(7.3 Pacm)。離子液體的表面張力受結(jié)構(gòu)的影響較大,陰離子相同時(shí),表面張力隨陽離子尺寸增加而增大。對(duì)于陽離子相同的離子液體,一般來說,在相同溫度下,離

7、子液體的表面張力隨陰離子尺寸的增大而增大離子液體的表面張力隨碳原子數(shù)增加,表面張力減小。第10頁/共25頁離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)酸性和配位能力離子液體的酸性和配位能力主要由陰離子的性質(zhì)所決定。通過選擇陰離子的類型可以得到多種介于強(qiáng)堿/強(qiáng)配位能力與強(qiáng)酸/非配位能力之間的介質(zhì),而有機(jī)合成中用到的多是中性的弱配位作用的陰離子,如BF4-和PF6-。第11頁/共25頁離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)極性極性性能直接影響到反應(yīng)的難易程度如以1-烷基-3-甲基咪唑?yàn)殛栯x子的離子液體,其極化能力僅相當(dāng)于短鏈的醇類,并且隨著烷基鏈長的增加而減弱,改變陰離子的種類對(duì)極化能力影響不大。第12頁/共25頁離子液體的毒性離子液

8、體因沒有蒸氣壓,在使用過程中本身不會(huì)形成揮發(fā)性有機(jī)物而被稱為“綠色產(chǎn)品”,但離子液體本身并非“綠色”產(chǎn)品某些離子液體甚至是有毒的從離子液體的制備、再生和處置過程看:目前用于制備離子液體的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代鹽和烷基取代銨鹽等)大多是揮發(fā)性有機(jī)物;而離子液體的再生過程主要是采用具有揮發(fā)性的傳統(tǒng)有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取的過程;某些離子液體本身是有毒且難以生物降解的。因此,在離子液體大規(guī)模應(yīng)用前需對(duì)其應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。第13頁/共25頁離子液體的應(yīng)用離子液體在有機(jī)合成中的應(yīng)用，,如氧化還原反應(yīng),加成縮合反應(yīng),C一C偶聯(lián)反應(yīng),重排反應(yīng)等。離子液體在催化反應(yīng)中的應(yīng)用。離子液體作為催化劑

9、可以改變化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理,提高反應(yīng)速率和選擇性,增加產(chǎn)率,而且離子液體可以循環(huán)使用。離子液體在電化學(xué)中的應(yīng)用。離子液體已在電池技術(shù)、電化學(xué)合成、電沉積和電拋光等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。第14頁/共25頁離子液體的應(yīng)用4.離子液體在色譜分析中的應(yīng)用 離子液體在色譜分析領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在氣相色譜、高效液相色譜和毛細(xì)管電泳色譜上。 離子液體在氣相色譜中主要用作固定相,可以耐高溫,而且穩(wěn)定性和選擇性都很高,特別是當(dāng)分析非極性和中極性分子樣品時(shí),分離效果最好,近年來也開發(fā)出了手性離子液體固定相和新型離子液體改性固定相。 離子液體在高效液相色譜中既可以作固定相,又可作流動(dòng)相的添加劑。離子液體作為固定相可以明顯改善

10、分離效果,縮短分離時(shí)間,提高色譜峰對(duì)稱度;將離子液體添加進(jìn)流動(dòng)相,可以防止色譜峰拖尾,提高溶質(zhì)樣品的分離度。第15頁/共25頁離子液體的應(yīng)用 離子液體在毛細(xì)管電泳中的應(yīng)用較多:離子液體作為毛細(xì)管電泳分離的電解質(zhì)添加劑,可以減少電滲流,增加遷移率;離子液體作為毛細(xì)管色譜柱的鍵合相,能減少對(duì)樣品的吸附和電滲流,提高分離效率和峰對(duì)稱性; 離子液體還可用于毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜,可以使被分析樣品在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到基線分離,靈敏度和重現(xiàn)性都很好。5.離子液體已經(jīng)應(yīng)用在原子光譜分析的各個(gè)領(lǐng)域: 金屬離子經(jīng)離子液體液-液萃取或在線富集后,通過火焰、石墨爐和蒸汽發(fā)生原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定,可以排除其它離子的干擾,

11、靈敏度和重現(xiàn)性都很好;利用離子液體對(duì)化學(xué)蒸汽的增強(qiáng)效應(yīng),可將其應(yīng)用于原子熒光光譜分析,使金屬從其混合物中快速分離而不發(fā)生揮發(fā)性金屬的損失,方便地應(yīng)用于痕量金屬分析。第16頁/共25頁離子液體的選擇1.疏水性。室溫條件下離子液體必須是非水溶性的。如果溶解度過高,兩相不能形成。陰離子為PF6-，(CF3SO2)2N-的離子液體均為疏水性的.而陰離子為Cl-、BF4-和CF3SO3-的離子液體卻是全部或部分溶解于水。2.價(jià)廉易得。具有(CF3SO2)2N-基團(tuán)的離子液體相對(duì)價(jià)格較貴,而陰離子為PF6-和BF4-的離子液體相對(duì)便宜。第17頁/共25頁離子液體的選擇3.以光度法測(cè)定某種離子含量時(shí),離子液

12、體萃取分光光度法的靈敏度與同條件下水相光度法靈敏度相比會(huì)有較大提高。光度法的靈敏度可用標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率表示,則離子液體萃取分光光度法與水相光度法靈敏度之比即為兩種方法標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率之比(EF),這一比值可反映出萃取光度法與水相光度法相比的優(yōu)勢(shì),比值越大,說明應(yīng)用的萃取方法靈敏度越高。第18頁/共25頁舉例說明離子液體萃取光度法測(cè)定汞的研究實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確移取一定體積的樣品于4mL離心管中,用微量可調(diào)移液器依次加入3mol/L硫酸665L,雙硫腙溶液30L,加水稀釋至4.oomL并搖勻,離子液體BmimPF6200L,振蕩萃取10min,以3000rpm轉(zhuǎn)速離心分離4min,棄去上層清液,用移液器將下層離

13、子液體相移入微量比色皿中,在500nm處以試劑空白為參比測(cè)定離子液體相中Hg(ll)一H2D2絡(luò)合物吸光度。以濃度C(ng/mL)對(duì)吸光度A進(jìn)行線性回歸,回歸方程為A=0.oo28C+0.0176(r=0.9979),檢出限為0.3ng/mL檢出下限為0.99ng/mL第19頁/共25頁離子液體萃取光度法測(cè)定銅的研究實(shí)驗(yàn)方法配制銅濃度分別為0.724、3.571、6.429、14.29、42.56、71.43ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液于離心管中,依次加入lmLEDTA一檸檬酸銨溶液、lmLpH=8的NH3-NH4Cl緩沖溶液、500LDDTC溶液于離心管中,加水稀釋至7.00mL,加入離子液體Bmi

14、mpF6225L,震蕩萃取10min,以3000rpm轉(zhuǎn)速離心4min,離心并棄去上清液,用移液器將離子液體相移入微量比色皿中,于分光光度計(jì)上, 以試劑空白為參比,在波長為436nm處測(cè)定離子液體相中Cu(ll)-DDTC絡(luò)合物的吸光度。以濃度C(ng/mL)對(duì)吸光度A進(jìn)行線性回歸,得回歸方程為A=0.0071C+0.0462(r=0.9901)。檢出限為0.2ng/mL檢出限為0.2ng/mL第20頁/共25頁本文所研究的Hg(11)-H2Dz-BmimlpF6和Cu(11)-DDTC一BmimlPF6 離子液體萃取光度法與相應(yīng)水相光度法相比較增強(qiáng)因子達(dá)50倍,其靈敏度要高出幾十倍至近百倍;

15、用離子液體BmimlPF6代替了有機(jī)溶劑,且用量少(最大用量300L)對(duì)環(huán)境無污染;待測(cè)樣品取樣量少,避免繁瑣的前處理步驟,直接用于分析測(cè)試,從取樣到測(cè)試30min內(nèi)即可完成;測(cè)試體系穩(wěn)定性好,精密度和準(zhǔn)確度可靠。方法經(jīng)進(jìn)一步完善和開發(fā)可考慮用于環(huán)境水質(zhì)和食品等樣品中Hg2+與Cu2+現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論第21頁/共25頁離子液體展望國際離子液體領(lǐng)軍人物Rogers 教授在 Nature 上撰文指出6：“由于離子液體數(shù)目巨大, 幾乎沒有規(guī)律可循(除經(jīng)驗(yàn)規(guī)則外), 選擇合適的離子液體是困難和偶然的. 所有離子液體應(yīng)用研究人員都面對(duì)一個(gè)挑戰(zhàn), 其危險(xiǎn)就是競(jìng)爭對(duì)手有機(jī)會(huì)做出更好的選擇. 現(xiàn)在只能寄

16、希望于物性模型和預(yù)測(cè)方法. 離子液體各種數(shù)據(jù)的積累, 將促進(jìn)其應(yīng)用不僅限于溶劑范圍, 必須認(rèn)識(shí)到離子液體將創(chuàng)造激動(dòng)人心的基礎(chǔ)科學(xué)突破. ” 第22頁/共25頁參考文獻(xiàn)1田鵬.離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)J.沈陽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,29(2):129-137.2李珂,張健飛,孟春麗.工業(yè)綠色革命之離子液體C. “德凱杯”第二屆全國毛紡行業(yè)技術(shù)改造研討會(huì)論文集,2014,98-105.3鄭直.離子液體萃取光度法測(cè)定汞、銅和鐵含量的研究D.長春:吉林大學(xué)，2011.4柯明,周愛國,宋昭崢,蔣慶哲.離子液體的毒性J.化學(xué)進(jìn)展,2007,19(5),671-679.5BonhoteP,DiasA,PapageorgiouN, etal.Hydrophobic, high