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离子液体作为一种绿色溶剂已经越来越得到重视,但是离子液体在室温下的黏度比较大,这在很大程度上限制了离子液体在工业上的应用。本文尝试用一种新的四烷基铵阳离子来合成黏度比较低的功能化离子液体。
本实验使用两种方法来合成1-丁基-2,3,4-三乙基铵氨基酸离子液体。第一种方法是银盐法,反应方程式如下:2(C2H5)3N+C4H9Br-+Ag2O+H2O→2(C2H5)3N+C4H9OH-+2AgBr↓(C2H5)3N+C4H9OH-+NH2CH2COOH→(C2H5)3N+C4H9H2NCH2COO-+H2O(以甘氨酸为例)另一种方法与银盐法的区别是将卤化四烷基铵通过阴离子交换树脂变成强碱后,再进行酸碱中和来制备。
对比十六种四烷基铵氨基酸离子液体,我们得出一些规律。四烷基铵氨基酸离子液体的熔点都低于50℃,并且无论阴离子是哪一种氨基酸,非对称四烷基铵氨基酸离子液体的熔点比对称四烷基铵氨基酸离子液体的熔点要低10~30℃。对于对称四烷基铵氨基酸离子液体来说,四甲基铵氨基酸离子液体的熔点比其他两种对称四烷基铵氨基酸离子液体的熔点要高。这种现象的原因是因为阳离子的可曲绕性和非对称性,阳离子的可曲绕性和非对称性越高,对应的四烷基铵氨基酸离子液体的熔点越低。非对称四烷基铵氨基酸离子液体的玻璃化温度比对称四烷基胺氨基酸离子液体低10℃左右。玻璃化温度的这种规律也取决于阳离子结构的非对称性,其原理与熔点和阳离子结构之间的关系是相类似的。四烷基铵氨基酸离子液体的密度比普通离子液体的密度小,其中对称四烷基铵氨基酸离子液体的密度随着铵阳离子的碳链增长而略有降低,非对称四烷基铵氨基酸离子液体([N2224][amino acid]s)的密度比[N4444][amino acid]s的密度小,这可能是由于[N224]阳离子的非对称性造成的。四烷基铵氨基酸离子液体在170~230℃的温度范围内是稳定的。当阳离子相同时,四烷基铵氨基酸离子液体的热分解温度变化不大,可见阳离子发挥了比较重要的作用,阳离子的不对称程度越高,四烷基铵氨基酸离子液体的热分解温度越低。在所有离子液体中,非对称四烷基铵氨基酸离子液体具有最低的热分解温度。在所有氨基酸离子液体中[N2224][L-Ala]的黏度最小,可见阳离子越不对称,离子液体的黏度越小。除了阳离子的不对称性,分子量和阴离子的不对称性对离子液体的黏度也有明显的影响。在阳离子相同的情况下,四烷基铵氨基酸离子液体的黏度按缬氨酸>β-丙氨酸>甘氨酸>L-丙氨酸的顺序下降,这是因为离子液体的黏度随着阴离子分子量的降低而减小。然而,虽然β-丙氨酸和L-丙氨酸有相同的分子量,但是L-丙氨酸比甘氨酸和β-丙氨酸更不对称,因此L-丙氨酸显示出最小的黏度。可见,分子量、四烷基铵阳离子和氨基酸阴离子的不对称性都对离子液体的黏度起着至关重要的作用。
用有机溶剂吸收CO2容易造成环境污染,并且有些有机溶剂不适用于工业生产,而一些功能化离子液体又因为黏度高、吸收速率低等缺点不能用于CO2分离。正是基于这一点,本课题将合成出的低黏度的非对称四烷基铵氨基酸离子液体用于CO2的吸收,并有望广泛用于气体的吸收分离中。