质子型离子液体NN二甲基乙醇胺丙酸盐的密度、粘度及电导率.pdf

O c t o b e r 物理化学学报 W u l iH u a x u eX u e b a o A c t aP h y s 一C 佟砌 S i n 2 0 1 3 2 9 10 2 15 7 2 16 12 1 5 7 A r t i c l e d o i 1 0 3 8 6 6 P K U W H X B 2 0 1 3 0 7 2 9 3 W W W w h x b p k u e d u c n 质子型离子液体M M 二甲基乙醇胺丙酸盐的密度 粘度及电导率 李长平1李琢L 3邹本雪2刘青山2 刘晓霞2 1 大连大学环境与化学工程学院 辽宁大连1 1 6 6 2 2 2 东北大学化学系 沈阳1 1 0 8 1 9 3 大连海洋大学理学院 辽宁大连11 6 0 2 3 摘要 在2 8 3 1 5 3 3 3 1 5K 温度范围内 测量了质子型离子液体N N 甲基乙醇胺丙酸盐 D M E O A P 的密 度 粘度及电导率 讨论了温度对密度 粘度和电导率等物理化学参数的影响 通过经验和半经验方程得到了该 离子液体的热膨胀系数 分子体积 标准摩尔熵及晶格能等热力学性质参数 由电导率和密度计算出了该离子 液体的摩尔电导率 利用V o g e l F u l c h e r T a m m a n V F T 方程 将测量的动力粘度和电导率对温度拟合 得到了 动力粘度和电导率随温度变化方程式 并通过W a l d e n 规则 建立了粘度与摩尔电导率之间的联系 关键词 质子型离子液体 密度 粘度 电导率 中图分类号 0 6 4 2 D e n s i t y V i s c o s i t ya n dC o n d u c t i v i t yo fP r o t i cI o n i cL i q u i d N N D i m e t h y l e t h a n o l a m m o n i u mP r o p i o n a t e L IC h a n g P i n 9 1 L IZ h u 0 1 t 3Z O UB e n X u e 2 L I UQ i n g S h a n 2 1 L I UX i a o X i a 2 1 1 C o l l e g eo f C h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n d E n v i r o n m e n t D a l i a n 渤i v e 邶魄D a l i a n1 1 6 6 2 2 L i a o n i n gP r o v i n c e PR C h i n a Z D e p a r t m e n to f C h e m i s t r y N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y S h e n y a n g1 1 0 8 1 9 PR C h i n a 3 S c h o l lo f S c i e n c e s D a l i a nO c e a nU n i v e r s i t y D a l i a n1 1 6 0 2 3 L i a o n i n gP r o v i n c e PR C h i n a A b s t r a c t 丁h ed e n s i t Kv i s c o s i t y a n dc o n d u c t i v i t yo fp r o t i ci o n i cl i q u i d P I L 馗N d i m e t h y l e t h a n o l a m m o n i u m p r o p i o n a t e D M E O A P w e r ed e t e r m i n e di nt h el e m p e r a t u r er a n g eo f2 8 3 15 3 3 3 15K T h ei n f l u e n c eo f l e m p e r a t u r eo nd e n s i t y v i s c o s i t y a n dc o n d u c U v i t yi Sd i s c u s s e d T h et h e r m a Ie x p a n s i o nc o e 俪c i e n t m o l e c u l a r v o l u m e s t a n d a r dm o l a re n t r o p y a n dl a t t i c ee n e r g yo fD M E O A Pw e r ec a l c u l a t e d u s i n ge m p i r i c a la n d s e m i e m p i r i c a le q u a t i o n s T h em o l a rc o n d u c t i v i t yo fD M E O A Pw a sd e t e r m i n e df r o md e n s i t ya n dc o n d u c t i v i t y d a t a T h et e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo fv i s c o s i t ya n dc o n d u c t i v i t yd a t aw a sf l t c e du s i n gt h eV o g e l F u l c h e r T a m m a n n V F T e q u a t i o n T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o l a rc o n d u c t i v i t ya n dv i s c o s i t yw a sd e t e r m i n e db yt h e W a l d e nr u l e K e yW o r d s P r o t i ci o n i cl i q u i d D e n s i t y V i s c o s i t y C o n d u c t i v i t y 1 I n t r o d u c t i o n N o w a d a y s m o r ea n dm o r ea a e n t i o nh a sb e e np a i dt ot h ep o l l u t i o nf r o mf u e lc o m b u s t i o ne x t h a u s t 1 3 S om u c he m p h a s i sh a s b e e np u to nt h ec l e a nd i e s e lf u e l sb ym o s tc o u n t r i e s e s p e c i a l l y t h es u l f u rc o n t e n t 4A sac o n v e n t i o n a lm e t h o d t h eh y d r o d e s u l f u r i z a t i o n H D S i sw i d e l yu s e df o rt h er e m o v a lo fs u l f u rc o m p o u n d si nt h ep e t r o l e u mr e f i n i n gi n d u s t r y 7H o w e v e r t h et r a d i t i o n a le x t r a c t a n t su s e df o rt h ed e s u l f u r i z a t i o np r o c e s sa r eo r g a n i cs o l v e n t s w h i c ha l ev o l a t i l ea n dt o x i c S o t h ef i n d i n go f g r e e n e Lm o r es a f e a n de f f i c i e n tn o v e le x t r a c t a n t si sn e c e s s a r y R e c e i v e d M a y2 l 2 0 1 3 R e v i s e d J u l y2 9 2 0 1 3 P u b l i s h e d o n W e b J u l y 2 9 2 0 1 3 C o r r e s p o n d i n ga u t h o r s L I UQ i n g S h a n E m a i l l i u q i n g s h a n d i c p a c c n T e l 8 6 13 4 7 8 7 8 7 5 2 4 L I UX i a o X i a E m a i hx x l i u m a i l 1 i e U e d u c n T e l 8 6 2 4 8 3 6 8 9 5 1 0 T h e p r o j e c t w a ss u p p o r t e d b y t h e N a t i o n a l N a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o n o f C h i n a 2 1 1 7 6 0 3 3 2 1 0 0 6 0 0 7 2 1 2 0 3 1 9 3 2 1 2 7 3 0 2 9 a n d R e s e a r c h F o u n d a t i o n f o r t h e D o c t o r a lP r o g r a m o f H i g h e r E d u c a t i o no f C h i n a 2 0 1 2 0 0 4 2 1 1 0 0 2 4 国家自然科学基金 2 1 1 7 6 0 3 3 2 1 0 0 6 0 0 7 2 1 2 0 3 1 9 3 2 1 2 7 3 0 2 9 和教育部博士点基金 2 0 1 2 0 0 4 2 1 1 0 0 2 4 资助项目 E d i t o r i a lo f f c ao f A e t aP h y s i c o C h i m i c aS i n i c a 万方数据 2 1 5 8A c t aP h y s 一C h i m S i n 2 0 1 3 b 1 2 9 t or e p l a c et h et r a d i t i o n a lo n e s I o n i cl i q u i d s I L s h a v em a n ya d v a n t a g e s s u c ha sl o wv a p o r p r e s s u r e t h e r m a la n dc h e m i c a ls t a b i l i t y d e s i g n a b i l i t y e t c 8 T h e ya r cc o n s i d e r e dt ob et h eg r e e ns o l v e n t st h a tr e p l a c et h e v o l a t i l eo r g a n i cs o l v e n t s I nr e c e n ty e a r s I L sa p p l i e df o re x t r a c t i o nd e s u l f u r i z a t i o no fd i e s e lf u e l sh a v eb e e nw i d e l ys t u d i e d A st h eg r e e ns o l v e n t s t h eI L sc a nb ed e s i g n e d w h i c hp r o v i d e su sw i t hm o r ec h o i c ef o rt h eo p t i o no fI L s N o w a d a y st h e I L su s e df o rd e s u l f u r i z a t i o ni sm a i n l yi m i d a z o t e b a s e do rp y r i d i n e b a s e dI L s T h ee x p e n s i v em a t e r i a l sb e c o m et h em a i np r o b l e m sf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o n A tt h es a m et i m e t h ev i s c o s i t y o fe x i s t i n gI L si ss t i l lv e r yh i g h w h i c hi sh a r m f u lf o rt h ed i s p e r s i o na n dm a s st r a n s f e r I ti sa n o t h e rp r o b l e mf o ri n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n S ot h ed e v e l o p m e n to fn o v e lI L sw i t hc h e a pm a t e r i a l s l o wv i s c o s i t y a n de a s i l ys y n t h e s i sr o u t ei sv e r yu r g e n t R e c e n t l y t h ea u t h o r sf o u n dt h a tp r o t i ci o n i cl i q u i d s P I L s n o to n l yh a v et h ee x c e l l e n tp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so ft r a d i t i o n a lI L s b u ta l s oh a v et h eu n i q u ea d v a n t a g e s s u c ha sh i g h e x t r a c t i o ne f f i c i e n c y l o wc o s t l o wv i s c o s i t y a n de a s i l yr e c y c l i n gc o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lI L s 1 4T h em a t e r i a l so ft h eP I L s a r ea l s oc h e a pa n dt h ep r o c e s so ft h es y n t h e s i si ss i m p l e A tt h e s a m et i m e P I L sa r ee n v i r o n m e n t a l l yf a v o r a b l eb e c a u s et h e i r a n i o n sa r em o s t l yc o m p o s e do fn o n t o x i ca n i o ns u c ha so r g a n i ca c i d s 1 5 一 8 P I L sh a v eb e c o m eap o t e n t i a lg r e e n e rd e s u l f u r i z a t i o ns o l v e n t s H o w e v e r t h el a c ko fp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s d a t ao f P I L sh a sb e c o m eah i n d e rf o rt h e i rf u t u r ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n H e r e i n aP I LN 秘 d i m e t h y l e t h a n o l a m m o n i u mp r o p i o n a t e D M E O A P w a ss y n t h e s i z e d A n ds o m ei m p o r t a n tp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e ss u c ha sd e n s i t y v i s c o s i t y a n dc o n d u c t i v i t y w e r ed e t e r m i n e da n dd i s c u s s e d T h er e l a t i o n s h i po ft h ed e n s i t y v i s c o s i t y a n dc o n d u c t i v i t yw a sb u i l ti nt e r m so ft h eW a l d e n r u l e 2 E x p e r i m e n t a l 2 1M a t e r i a l s j d i m e t h y l e t h a n o l a m i n e 9 9 A l a d d i n C h i n a P r o p i o n i ca c i d A Rg r a d e A l a d d i n C h i n a w a sp r o v i d e db yS i g m a A l d r i c h 2 2 S y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no ft h eP I L D M E O A P T h eP I LD M E O A Pw a ss y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e da c c o r d i n gt oo u rp r e v i o u sm e t h o d Hn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c er 1 HN M R w a su s e df o rd e t e r m i n a t i o no ft h eP I Ls t r u c t u r ew i t hd i m e t h y ts u l f o x i d ea st h es o l v e n t t h eo t h e rb a s i cp a r a m e t e r sa r es h o w ni nF i g SI S u p p o r t i n gI n f o r m a t i o n N oi m p u f f t yw a sf o u n di nP I Lf r o mt h e1 HN M R T h ew a t e rc o n t e n t m a s sf r a c t i o n i s4 8 6 x 10b yaC o u L oA q u a m a xK a r lF i s c h e rm o i s t u r em e t e rf V 10 0 6 T h es t r u c t u r eo ft h eD M E O A Pi s l i s t e da sb e l o w T a b l e1 E x p e r i m e n t a lv a l u e so fd e n s i t y 驴 v i s c o s i t y 叩 c o n d u c t i v i t y 力 a n dm o l a re l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y a tp r e s s u r e p O 1M P aa n dd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s t h ec a l c u l a t e dv a l u e 2 3 D e n s i t y v i s c o s i t y a n dc o n d u c t i v i t y m e a s u r e m e n t s T h ed e n s i t y v i s c o s i t y a n dc o n d u c t i v i t yw e r ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt oap r e v i o u sm e t h o da ta t m o s p h e r e 哪oT h ed e n s i t y w a sd e t e r m i n e db yaW e s t p h a lb a l a n c ei nt h et e 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s c o s i t y t h ec o n d u c t i v i t ys h o w st h ei n v e r s et r e n ds h o w n i nF i g 1 3 1 D e n s i t y T h ed e n s i t yd a t av e r s u st e m p e r a t u r ew a sf i t t e db yf o l l o w i n g e q u a t l o n p A B T 1 毛 色 蠢 r i g 1D e n s i t yo fP I LD M E O A P a saf u n c t i o no ft e m p e r a t u r eL I 万方数据 N o 1 0 L I C h a n g P i n ge t a l D e n s i t y V i s c o s i t ya n d C o n d u c t i v i t y o f P r o t i c I o n i c L i q u i d D M E O A P 2 1 5 9 w h e r ePi st h ed e n s i t y A Ba r ef i t t i n gp a r a m e t e r s T h ef i t t e d e q u a t i o ni sp 1 2 7 7 4 8 7 9 1 0 4 rT h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti s 0 9 9 9 T h et h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t c a nb eo b t a i n e db yt h e l n pv e r s u sTf i r e da c c o r d i n gt oas t r a i g h tl i n e T h ef i t t i n ge q u a t i o ni sb e l o w l n p b a T 2 1 w h e r ebi sa ne m p i r i c a lc o n s t a n t 仅i st h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c 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ed e s c r i b e da c c o r d i n gt ot h ef o l l o w i n ge q u a t i o n 彳矿嘲 1 4 l 鲥 l g 抖a l g r 1 15 w h e r eki sat e m p e r a t u r ed e p e n d e n tc o n s t a n t T h ev a r i a t i o no f l g Av e r s u sl g r 一i ss h o w ni nF i g 5f o rD M E O A Pa n d C p y N T f i z 2 4 5 R e c e n t l y t h ea u t h o r sh a v es t u d i e dm o l a rc o n d u c t i v i t ya n dv i s c o s i t yo ft h en o r m a lI L s C p y N T f i n 2 4 5 u s i n gt h es a m em e a s u r e m e n t S o t h eI L s C P Y I N T f i n 2 4 5 w e r ec h o s e na st h er e f e r e n c e sw i t ht h ed e s i r e dP I L T h e s l o p e a w a so b t a i n e da n dt h ev a l u ei s0 9 2 5f o rD M E O A P F r o mF i g 5 t h ec u r v eo fP I LD M E Q 时i su n d e rt h ei d e a ll i n e 2 0 i g ol q P as F i g 5 P l o to fl g av e r s u sI g q 一 f o rP I LD M E O A Pa n d p y r i d i n i u m t y p eI L s 2 C 2 p y N T f 2 N e t h y l p y r i d i n i u mb i s t r i f l u o r o m e t h y l s u l f o n y l i m i d